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物理发展史

物理发展史

1687年,依萨克·牛顿经过多年的潜心研究,终于出版了他的《自然哲学的数学原理》(以下简称《原理》),它标志着物理学的真正诞生。

牛顿,这位集实验家、理论家、机械师和讲解能手于一身的大师,出生在英国林肯郡的一个农民家庭里。

他从小喜欢手工劳动,他做的风车、风筝、日晷、漏壶等都十分精巧。

他早年在学校里并未表现出将来要成为伟人的任何迹象。

他生性腼腆,体弱多病,学习也很落后,为此常受到一个“小霸王”的欺侮。

但是,牛顿却有过人的意志和刚毅的精神,他横下一条心与“小霸王”干了一仗,结果把那个家伙狠狠揍了一顿。

体力上的胜利增强了他的自信心,他下定决心要在智力搏斗中全面获胜,经过艰苦卓绝的努力,他终于在班上名列前茅。

十八岁时,牛顿说服了想让他务农的母亲,进入剑桥三一学院专攻数学。

1665年,他获得了学土学位,但是还没有什么突出的作为。

1665年仲夏,大规模的瘟疫在伦敦流行。

牛顿只好回到他的故乡避难。

在乡下居住的十八个月是他一生中硕果累累的时期。

他发现了二项式定理、正切方法、直接流数法及其逆运算(即微积分),思考了力学原理和引力问题。

  二十六岁时,牛顿被任命为剑桥大学的教授,三十岁时被选为皇家学会的会员,这是英格兰最高的科学荣誉。

据牛顿的传记作者说,牛顿是一个呆心教授的典型,他“从不作任何娱乐和消遣,他不骑马外出换换空气,不散步不玩球,也不做其他任何运动,认为不花在研究上的时间都是损失。

”他经常“穿着一双磨掉了后跟的鞋,袜子乱糟糟,披着衣裳,头也几乎不梳。

”在剑桥期间,他每天工作到半夜三更,一直致力于发展他在乡居时孕育出的光辉思想,但是他却长期秘而不宣,直到1687年夏,才在《原理》中公诸于世。

《原理》是人类自然科学知识的首次大综合。

在这里,牛顿把伽利略“地上的”物体运动规律,与开普勒“天上的”星球运动规律天才地统一起来,建立了牛顿力学(也称经典力学或古典力学)的完整理论体系。

  

牛顿抛弃了亚里土多德的天地截然不同的信条,澄清了自亚里士德以来一直含混不清的力和运动的观念,明确了时间、空间、质量,动量等基本的物理概念。

牛顿以运动三定律和万有引力定律为主线,以他发明的微积分为工具,巧妙地构造出他的力学体系。

牛顿力学既成功地描述了天上行星、卫星、彗星的运动,又完满地解释了地上潮汐和其他物体的运动。

在牛顿之前,还没有一个关于物理因果性的完整体系能够表示经验世界的任何深刻特征。

1.2经典力学的完善与机械自然观

牛顿力学的辉煌成就,使其得以决定后来物理学家的思想、研究和实践的方向。

《原理》采用的是欧几里得几何学的表述方式,处理的是质点力学问题,以后牛顿力学被推广到流体和刚体,并逐渐发展成严密的解析形式。

1736年,欧拉写成了《力学》一书,把牛顿的质点力学推广到刚体的场合,引入了惯量的概念,论述了刚体运动的问题;1738年,伯努利出版了《流体力学》,解决了流体运动问题;达朗贝尔进而于1743年出版了《力学研究》,把动力学问题化为静力学来处理,提出了所谓达朗贝尔原理;莫培督接着在1744年提出了最小作用原理。

把解析方法进一步贯彻到底的是拉格朗日1788年的《分析力学》和拉普拉斯的《天体力学》(在1799~1825年间完成)。

前者虽说是一本力学书,可是没有画一张图,自始至终采用的都是纯粹的解析法,因而十分出名,运用广义坐标的拉格朗日方程就在其中。

后者专门用牛顿力学处理天体问题,解决了各种各样的疑难。

《分析力学》和《天体力学》可以说是经典力学的顶峰。

  在分析力学方面做出杰出贡献的还有其他一批人,他们使经典力学在逻辑上和形式上更加令人满意。

就这样,经过牛顿的精心构造和后人的着意雕饰,到了十八世纪初期,经典力学这一宏伟建筑巍然矗立,无论外部造型之雅致,还是内藏珍品之精美,在当时的科学建筑群中都是无与伦比的。

  经典力学理论体系的完美和实用威力的强大使物理学家深信,天地四方、古往今来发生的一切现象都能够用力学来描述。

只要给出系统的初始条件,就能够毫无遗漏地把握它的因果性链条。

牛顿早在《原理》中就把宇宙看成是符合力学原理的机械图像。

他在该书第一版的“序言”中写道,正如用万有引力推演出行星、彗星、月球和潮汐的运动一样,“我希望能够用同样的方法从力学原理推导出自然界的其他许多现象”。

另一位同时代的科学泰斗惠更斯在1690年说:

“在真正的哲学里,所有自然现象的原因都应该用力学用语来思考,依照我的意见,我们必须这样做”。

拉普拉斯在1812年所著的《概率解析理论》的绪论中,更是典型的道出了机械决定论的特征。

他说:

“我么必须把目前的宇宙状态看作是它以前状态的结果及其以后发展的原因。

如果有一种智慧能了解在一定时刻支配着自然界的所有的力,了解组成它的实体的各自的位置,如果它还伟大到足以分析所有这些事物,它就能够用一个单独的公式概括出宇宙万物的运动。

从最大的天体到最小的原子都毫无例外,而且对于未来,就象对于过去那样,都能—目了然。

”物理学家由于确信这样的决定论,终于完全和上帝断绝了关系。

据说,拉普拉斯把《天体力学》奉献给拿破仑皇帝时,拿破仑问道:

“你为什么在书中不提上帝?

”拉普拉斯自信地回答:

“陛下,我不需要那种假设!

”  就象给拉普拉斯的断言作证一样,经典力学的神奇力量通过海工星的发现戏剧性地表现出来。

  1791年后,随着对天王星观测资料的积累,人们发现它实际运行的轨道与理论计算的结果并不一致。

即使考虑到其他行星的影响加以修正,也依然难以消除偏差。

为此,巴黎天文台台长阿拉果启发年轻的天文学家勒维烈,让他依据“逆摄动”(即给出一个摄动,求引起摄动的行星)计算未知行星的大小和位置。

勒维烈经过一年时间的努力,终于在1846年8月31日把新行星的比置、光度等计算值送交给各国天文台。

二十三天后,柏林天文台的加勒在预言的区域内发现了这颗未知的新行星,它就是海王星。

其实,早在勒维烈的前一年,年轻的英国天文学家亚当斯就计算出了结果,只是因为没有及时观测而失去了取得优先权的机会。

1.3经典物理学的发展

经典力学不可思议的成功使人们无条件地接受了这一理论,把它看作是科学解释的最高权威和最后标准。

而且直到十九世纪末,它一直充当着物理学家在各个领域中的研究纲领。

人们普遍认为,经典力学是整个物理学的基础,只要把经典力学的基本概念和基本原理稍加扩充,就能够处理面临的一切物理现象。

情况正如赫尔姆霍兹1847年在《论力的守恒》中所说的:

“我们最终发现,所有涉及到的物理学问题都能归结为不变的引力和斥力”,“只要把自然现象简化为力,科学的使命就终结了”。

他还宣称:

“整个自然科学的最终目的溶化在力学之中。

”当时,在物理学家中间,出现了“把一切都归结为机械运动的狂热”(恩格斯:

《自然辩证法》)。

  声学在早期几乎是独立地发展的。

自牛顿以后,力学原理首先被顺利地应用于声学研究,声音被看成是在弹性介质中传播的机械振动。

热学是继经典力学之后发展起来的又一个成功的理论体系。

热现象的研究起初是以“热质”这一力学模型为先导的。

到了十九世纪中叶,克劳修斯、麦克斯韦、玻耳兹曼等人利用统计方法,把热学中的宏观物理量归结为与之对应的微观分子或原子运动的统计平均值。

就这样,热力学以及统计力学先后在经典力学的基础上形成了。

  光学也是如此。

牛顿本人一开始就试图把他的力学观念应用于光学,他假定光是由惯性微粒组成的,以此解释已知的光学现象。

虽然牛顿以后的两百年间一直交织着微粒说和波动说的斗争,但是在牛顿运动定律应用到连续分布的媒质以后,甚至连光的波动论也不得不求助于这些定律。

十九世纪初,逐步发展起来的波动光学体系已初具规模,其中以托马斯·杨和菲涅耳的著作为代表。

他们两人都把以太看作是传播光振动的实体。

菲涅耳弄清楚光是横波,因此光以太必须具有传播横波媒质那样的弹性。

从力学角度讨论这种弹性体的振动,必然能够用数学方法推导出光学定律。

尽管以太在性质上还有不甚明确之处,但是它作为光现象的媒质,在相当长一段时间内并未引起根本的异议。

  电磁现象的早期研究是在“电流体”和“磁流体”两种力学模型的前提下进行的。

电磁学从真正进入定量研究的第一天起就打上了力学的印记。

库仑1785年所做的著名的扭秤实验,虽然确定了电荷之间作用力与距离平方的反比关系,但他对自己的主张并未提出足够的证据,因为当时还没有电荷的量度,库仑定律本身就是对万有引力定律的类比。

后来,法拉第、麦克斯韦、赫兹在电磁学的发展史上谱写了动人的三步曲。

1831年,法拉第发现了电磁感应定律,并首次把“场”这一崭新的概念引入物理学;1864年,麦克斯韦把法拉第等人的研究成果概括为一组优美的偏微分方程式,并由此预言存在着电磁波,其传播速度等于光速,而光不过是波长在某一狭小范围内的电磁波;1887年,赫兹用实验证实了电磁波,弄清楚电磁波和光波一样,也具有波动性。

已经十分习惯于力学模型的物理学家同样乞灵于臆想出的媒质电磁以太,认为它与光以太一样,弥漫于整个空间,电磁被正是通过以太的振动传播的。

1.4“未来的物理学真理将不得不在小数点后第六位去寻找”

力学描述了大至恒星小至超显微粒子的运动过程,并与一切经验相—致。

事实上,它甚至部分地证明了我们关于分子、原子、甚至更小的基本粒子的实验。

力学又成为声学、热学、光学、电磁学赖以存在的基础。

诚如德国物理学家劳厄所说,当时经典力学和经典物理学已“结合成一座具有庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的庙堂”。

物理学家们莫不对此顶礼膜拜,他们踌躇满志,以为宇宙秘密无不尽辟,后人只需墨守成规,稍加修补。

至于发现新事物,创造新原理,前人已不留余蕴,根本无须为此劳心竭力。

  著名的美国物理学家迈克耳孙就持有类似的观点。

1888年,在美国科学促进协会的克里夫兰年会上,作为物理组副主席的迈克耳孙谈到他的专业光学时说:

“无论如何,可以肯定,光学比较重要的事实和定律,以及光学应用比较有名的途径,现在已经隙如指掌了,光学未来研究和发展的动因已经荡然无存了。

”六年后,即1894年,他在芝加哥大学赖尔逊实验室的献辞中重申了上述观点。

这时,他把范围从光学扩大到整个物理学。

迈克耳孙这样讲道:

“虽然任何时候也不能担保,物理学的未来不会隐藏比过去更使人惊讶的奇迹,但是似乎十分可能,绝大多数重要的基本原理已经牢固地确立起来了,下一步的发展看来主要在于把这些原理认真地应用到我们所注意的种种现象中去。

正是在这里,测量科学显示了它的重要性——定量的结果比定性的工作更为重要。

一位杰出的物理学家指出:

未来的物理学真理将不得小在小数点后第六位去寻找”。

据迈克耳孙年轻的同事密立根回忆,迈克耳孙在这里所说的“杰出的物理学家”指的是开耳芬勋爵,即威廉·汤姆逊。

  迈克耳孙的观点在当时是颇有代表性的。

的确,盲目乐观情绪一度在物理学家中间蔓延开来。

在这里,列举两位著名的物理学家的轶事也许是耐人寻味的。

  1932年,德国物理学会在柏林举行宴会,庆祝普朗克从事科学活动五十周年,普朗克在答辞中回顾了自己的科学生涯。

他从事科学活动是从慕尼黑大学开始的,当时,他向自己的老师约里表示,他决心献身于理论物理学。

约里回答说:

“年轻人,你为什么要断送自己的前途呢?

要知道,理论物理学已经终结。

微分方程已经确立,它们的解法已经制定,可供计算的只是个别的局部情况。

可是,把自己的一生献给这一事业,值得吗?

”  1894年,正读研究生的密立根也受到过类似的劝告。

据密立根回忆,当时与他住在一起的三位从事社会学和政治学研究的同学经常和他开玩笑说:

社会科学这一新颖的、“活生生的”领域正在敞开着大门,密立根这个傻瓜却钻在物理学这样一门“没有搞头的”、而且“已经僵死了的”学科之中。

物理学的现有理论已经完美无缺了,物理学的发展前景已经暗淡无光了。

往后的研究只能是追求较高的精确性和下一个小数位,可用的方法无非是单调而机械地提供科学数据。

在十九世纪后期,许多物理学家的看法就是如此。

果真如此吗?

 

物理学将向何处去?

第二章不识庐山真面目只缘身在此山中

2.1牛顿的历史局限性

物理学难道真的走到尽头了吗?

回答当然是否定的。

“科学从认识的较低阶段上升到较高阶段,愈升愈高,但是永远不能通过所谓绝对真理的发现而达到这样的一点,在这一点上它再也不能前进一步,除了袖手一旁惊愕地望着这个已经获得的绝对真理出神,就再也无事可做了”。

(《马克思恩格斯选集》第四卷)

物理学也是如此,物理学从来不具有一种对一切时代都是完美无缺的形式,因为它的内容的有限性总是和可能观察到的事物的无限丰富多样性相对立的。

这两者的对立统一,永远是物理学发展的持续动力。

创造历史的人们总是不可避免地要受到历史的制约,牛顿当然也不例外。

牛顿在他所处的时代中“不仅作为某些关键性方法的发明者来说是杰出的,而且他在善于运用他那时的经验材料上也是独特的,同时他还对于数学和物理学的详细证明方法有惊人的创造才能”(爱因斯坦语)。

但是,由于受到时代的局限,牛顿在否定亚里士多德以来有关错误论述和含糊概念、创立牛顿力学的同时,也在其中隐含了自我否定的潜在因素。

诚如恩格斯所说的:

“凡在人类历史领域中是现实的,随着时间的推移,都会成为不合理的;因而按其本性来说已经是不合理的,一开始就包含着不合理性”。

(《马克思恩格斯选集》第四卷)

牛顿虽说是理性时代的先驱者之一,但他的科学工作却并未抹掉神学的印记。

特别是在1712年为《原理》补写的“总释”中,他更是把至高无上的上帝描绘成浑身是眼、浑身是耳、浑身是脑、浑身是臂,并有全能进行感觉、理解和活动。

上帝不仅是自然界的主宰者,而且也是力学理论的担保者。

撇开其神学印记不谈,牛顿所提出的一些基本概念和基本原理也存在着固有的局限性。

尽管牛顿的解决是天才的,而且在他那个时代也是必然的,“是一位具有最高思维能力和创造力的人所能发现的唯一的道路”(爱因斯坦语)。

牛顿甚至比以后几代的物理学家更了解他的力学著述中所隐含的基本困难,只是由于牛顿尽力把他的体系表现为由经验必然性所决定的,特别是由于经典力学在实践上的巨大成就,足以阻碍后人去思考那些基本概念和基本原理的先验特征,以至于在相当长的时期内,无论谁也没有想到,整个物理学的基础可能需要从根本上加以改造。

经典力学基本概念和基本原理的固有局限性主要表现在以下几个方面。

第一,尽管牛顿一再声明“我不做假设”,但他还是引入了超越经验的绝对时间、绝对空间等基本概念。

按照牛顿的说法,绝对的、真正的和数学的时间自身在流逝着,而且由于其本性而均匀地、与任何其他外界事物无关地流逝着。

绝对空间就其本性而言,是与任何外界事物无关而永远是相同的和不动的。

绝对运动是一个物体从某一绝对的处所向另一绝对的处所的移动,牛顿以著名的旋转水桶实验证明绝对运动的存在。

第二,牛顿虽然对引力的本质持审慎态度,但最终还是对它作了抽象的、纯粹数学形式的概括,把它实际看作是一种直接的、即时传递的超距作用力。

经典力学的定律和公式都是机械决定论的。

第三,在经典力学中物体的质量是恒定不变的,它与物体的速度或能量无关。

第四,经典力学定律只适用于宏观低速世界,对于可与光速相比的高速情况和微观世界的适用问题,当时没有涉及也不可能涉及。

这些固有的局限性,就是后来引起物理学危机与革命的内在根据。

相对沦、量子论就是在克服上述局限性的过程中逐步发展起来的。

2.2经典物理学与经典力学的潜在矛盾

经典物理学是物理学家自觉运用经典力学的基本概念和基本原理建立起来的理论体系。

但是,与物理学家的主观愿望相反,经典物理学的深入发展反过来却削弱了经典力学的基础,暴露出经典力学的某些局限性。

在经典物理学中,最难使人满意之处恐怕莫过于对光的描述了。

如果微粒说是正确的,那么人们不禁要问,当光被吸收的时候,组成光的粒子变成了什么呢?

而且为了既表示可称量物质又表示光,必须在讨论中引入不同的实体,这无论如何也不能使人心安理得。

同样,纳入力学框架中的光的波动论也难以自圆其说。

按照波动论,光被解释为充满宇宙空间的以太的振动。

由于光是横波,因此以太必须具有承受切应力而不承受压应力的能力,又由于以太对可称量物质并不产生可观察到的阻力,它又必须具有极小的密度。

为此,人们绞尽脑汁,臆想出种种以太模型。

托马斯·杨把以太比作穿过树丛的清风;柯西提议以太具有负压缩性;麦卡拉认为以太是与己知弹性体根本不同的新型弹性物质;斯托克斯却把以太喻为沥青和果子冻;开耳芬则异想天开,视以太犹如不含空气的均匀泡沫,粘在固体上久久不破。

这种众说纷纭、莫衷一是的以太实在是叫人准以捉摸,它必然像幽灵一样和普通物质并存着。

这样一来,经典力学和光学就失去了结构上的统一。

为了寻求这种结构上的统一,洛奇1882年宣称,以太是“一种充满空间的连续实体,它能够像光那样振动,能够分裂为正电和负电,能够以漩涡的形式构成物质,能够连续地无冲撞地传播”,并自诩这是以太的“现代观点”。

这种无所不能、无奇不有的以太反倒使人如堕五里雾中。

经典力学的基本概念和基本原理在热力学中也遇到了一些麻烦。

1865年,克劳修斯确立了热力学第二定律,该定律揭示出与热现象有关的物理过程具有不可逆性。

在经典力学中,从来也未发现类似的情况,力学过程的可逆性是由普遍的力学原理做保证的。

可是热力学第二定律也是普遍成立的,因此,这个矛盾是无法用力学的基本观念予以解释的。

玻耳兹曼注意到这一难题,他洞察到趋于平衡分布的问题是解决可逆性之谜的关键。

1872年他提出了H定理,并且证明了H函数随时间的变化总是负值或零,而且变为零时只能是趋于平衡状态下的麦克斯韦分布,嫡增大正是由于H减小的缘故。

但是在1876年,洛施密特对此提出诘难。

他认为微观运动是可逆的,与麦克斯韦分布不同的分布也是稳定的。

为了克服微观可逆性与宏观不可逆性的对立,玻耳兹曼在1877年的论文中对H定理作了统计解释。

他认为:

“不管开始时粒子的位置和速度如何,经过很长时间。

分布总会趋于平衡,这是无法证明的。

但是人们却可以证明,经过某一长时间后,导致平衡分布的初始条件的数目比不能导致平衡分布的数目要大得不可比拟。

玻耳兹曼的结论是:

H定理是统计性的,它减少的几率最大,当然H也有增加的可能性,只是几率非常小而已,以至于实际上无法实现,所以宏观过程总是不可逆的。

玻耳兹曼虽然依据经典力学摆脱了上述麻烦,但与此同时却产生了另—个矛盾,即热力学的统计性质与经典力学机械决定论的矛盾。

经典力学所受到的最大冲击来自电磁理论。

在牛顿的影响下,超距作用的假设迅速传播到物理学的其他领域。

由于人们能够从超距作用推导出数学上简单、优美的势理论,确实也有助于这种传播,而接触作用则仅仅用于变形体力学。

因此,电磁现象的早期理论也是超距作用理论。

直到十九世纪下半叶,在法拉第和麦克斯韦的影响下,情况才有所变化。

按照他们的电磁理论,电磁作用并不是即时传递的超距作用,而是通过电磁场(或以太)以有限速度传播的非超距作用。

爱因斯坦和英费尔德后来曾这样揭示两种理论体系之间的对立:

电磁场定律“不像牛顿定律那样联系两个相隔很远的事件,它们不是把此处所发生的事情跟彼处的条件联系起来。

此处的与现在的场只与最邻近的以及刚过去的场发生关系。

假如我们知道此处和现在所发生的事件,这些方程便可以帮助我们预测在空间上稍微远一些,在时间上稍微迟一些会发生什么。

它们能使我们用一些小步骤来增加场的知识,把这些小步骤加起来,我们便可以由远处所发生的事件推出此处所发生的事件。

牛顿的理论恰恰相反,它是只允许把距离很远的事件联系起来的大步骤。

另外,经典力学中运动着的质点是能量的唯一载体,具有能量并且可用空间坐标的连续函数来描述的场同质点一样,也是一种不能再简化的物理实在。

这样,在经典力学和经典电磁学两种理论体系之间就存在着超距作用与媒递作用、间断的质点与连续的场的尖锐的对立。

2.3不识庐山真面目,只缘身在此山中

我们在上面对经典力学的基本概念和基本原理的局限性,以及经典物理学与经典力学的潜在矛盾进行了逻辑分析(不是历史描述)。

诚然,经典物理学的形成和确立,是经典力学基本概念和基本原理推广的丰硕成果,但是随着时间的推移,这两种理论体系之间的裂痕也日益显露出来。

事实上,这种状况比我们分析的还要广泛,还要深刻。

但是,当时的物理学家们十分迷恋经典力学,囿于机械自然观而不能自拔。

他们看不到上述矛盾,至少是没有意识到矛盾的尖锐性。

他们以循规蹈矩为至善,以改弦更张为异端,只是习惯地对经典力学修修补补,硬把那些带有革命性的新发现和新思想纳入旧有的理论框架之中。

甚至连在统计力学和电动力学领域做出杰出贡献的麦克斯韦也不例外。

尽管可以把麦克斯韦视为动摇了以力学作为物理学最终基础这一信念的人,可是他却在其自觉的思考中紧抱着机械自然观不放,把热、光、电现象统统归结为以太的力学作用。

1884年,威廉·汤姆孙好像发表机械观的宣言一样说:

“我的目标就是要证明,如何建造一个力学模型,这个模型在我们所思考的无论什么物理现象中,都将满足所要求的条件。

在我没有给一种事物建立起一个力学模型之前,我是永远也不会满足的。

如果我能够成功地建立起一个模型,我就能理解它,否则我就不能理解。

”威廉·汤姆逊为了用以太这一力学模型解释光、电、磁现象,竟然在1890年别出心裁地提出:

电效应是由以太的平动引起的,磁现象是由以太的转动引起的,而光却是由以太波动式的振动引起的。

汤姆孙1888年的言论大体代表了—代物理学家的思想,他说:

经典物理学五十年间所完成的主要进展,其“最引人注目的一个结果就是增强了用力学原理来说明一切物理现象的信念,促进了追求这种说明的研究。

”他进而断言;“一切物理现象都能够从力学的角度来说明,这是一条公理,整个物理学就建造在这条公理之上。

玻耳兹曼1886年5月29日在皇家科学院的讲演中断然宣称:

“如果你要问我,我们的世纪是钢铁世纪、蒸汽世纪,还是电气世纪,那么我会毫不犹豫地回答,我们的世纪是机械自然观的世纪……”

不仅机械自然观广为流行,而月力学先验论也风靡一时。

在十九世纪八十年代前后,经典力学的基本概念和基本原理在物理学家当中造成一种权威性,并被人为地打上了“思维的必然性”,“先验地给予”等等烙印,使人们忘记了它们的世俗来源,而把它们当作某种一成不变的东西。

他们想,每一种自然现象必须用力学来解释,这不是偶然的、讲究实际的,而是合乎逻辑的、必然的。

按照他们的观点,力学原理不仅仅是以经验为根据的、真实的定律,而且象几何学上的公理和定理—样,也是先验的或必然的真理。

在相当长的一段历史时间内,人们对牛顿及其力学的崇拜也达到迷信的程度。

牛顿于1797年去世时,人们这样褒扬他:

自然及自然之定律统统隐藏在暗夜之中,上帝说:

“让牛顿干吧!

”于是一切便大放光明。

拉格朗日也对牛顿大唱赞歌:

只有一个宇宙,而且恰巧历史上也只有一个人是这个宇宙规律的解释者。

正如前面已讲过的,这种迷信一直蔓延到十九世纪末,以致不少物理学家都持有这种维多利亚式的态度——经典力学与经典物理学已经完美无缺了,所有值得知道的东西都已经知道了。

“不识庐山真面目,只缘身在此山中”。

要使物理学家意识到经典力学基本概念和基本原理的局限性,下决心变革经典力学的基础,就必须使他们挣脱力学先验论和机械自然观的束缚,破除对经典力学的迷信。

一个新的思想启蒙势在必行,恩斯特·马赫正巧在这种特定的历史条件下扮演了启蒙者的角色。

 

第三章把经典力学的基本概念从奥林帕斯山上拉下来

3.1历史背景

正是在这样的历史环境下,当动摇经典理论基础的新实验和新发现还未大量涌现时,当物理学家还沉浸在盲目乐观的情绪之中时,马赫就看出了经典力学理论框架的局限性。

他于1893年出版了他的历史性著作《力学及其发展的批判历史概论》(以下简称《力学》),对经典力学进行了全面的、深入的批判。

其实,从十七世纪末起,一些自然科学家和哲学家就批判了牛顿的绝对空间概念,其中最著名的是莱布尼兹和贝克莱。

他们已很有可能——尽管绝不是完全可能——表明绝对位置和绝对运动

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