自然哲學

[德]莫裡茨·石裡克

简介

石裡克給他的朋友們和學生們留下了深刻而持久的印象。其原因何在？他的目標不是在於要發展一種新的哲學體系，而是要教導一種探討哲理的科學方法。這種方法被他的助手弗雷德裡克·魏斯曼描述為是迄今以來所進行過的最合邏輯和最為根本性的嘗試之一，其目的是要克服各哲學體系之間的分裂，達到一種本身並不具有傾向性同時卻彙集了各種傾向的哲學觀點１。

原編者序

自從維也納大學哲學教授莫裡茨·石裡克被一個瘋子殺害以來，已經過去了整整十二年。不僅在奧地利，而且在全世界的哲學史上，石裡克已留下了他個人的痕跡。

石裡克給他的朋友們和學生們留下了深刻而持久的印象。其原因何在？他的目標不是在於要發展一種新的哲學體系，而是要教導一種探討哲理的科學方法。這種方法被他的助手弗雷德裡克·魏斯曼描述為是迄今以來所進行過的最合邏輯和最為根本性的嘗試之一，其目的是要克服各哲學體系之間的分裂，達到一種本身並不具有傾向性同時卻彙集了各種傾向的哲學觀點１。

１ 石裡克：《論文集》，序言。維也納1938，第XXV頁。

一個有著這種眼界的思想家，對於闡明哲學與各精密科學之間的關係這２樣一個任務是不會忽略的。石裡克的《普通認識論》用一種（他甚至一直堅持到晚期的）形式給出了他對這一問題的解答。他主張，科學的任務在於要獲得關於實在的知識；科學的真正成就既不能被哲學所毀壞，也不能被哲學所更改；「而哲學的目標是正確地解釋這些成就並闡明它們的最深刻的意義。這一解釋既是最終的也是最高的科學任務，而且將永遠是這樣。」

２ 《普通認識論》，柏林1925，第二版，第367頁。

當石裡克還是一個年輕的學生在他故鄉柏林上中學時，他對數學和科學已經發生了強烈的興趣。在海德堡大學、洛桑大學和柏林大學，他選擇物理學作為他的主修科。他交給普朗克的學位論文是《論光的反射》。1904年他在柏林大學獲得博士學位。在很早的時期，石裡克的興趣已超出了精密科學的範圍。他最初的一些著作涉及到倫理學和美學的問題。1910年他在羅斯托克的就職演說題目是：《從現代邏輯學看真理的性質》。石裡克即使是在講授哲學的時期也仍然與科學的理論研究保持密切的接觸。同時，他與物理學家普朗克、愛因斯坦，數學家希爾伯特之間保持著個人的友誼。1917年他以《當代物理學的空間與時間》為題寫了一篇解釋相對論的導言。次年，他的最淵博的著作《普通認識論》出版。

石裡克在基爾執教一年之後受聘到維也納擔任「歸納科學的哲學」教授。這一席位在他之前曾由物理學家恩斯特·馬赫和路德維希·玻爾茲曼擔任。

在1922至1923年冬季學期裡石裡克最初的講座是自然哲學。這一領域也就是他為德索爾在1925年出版的《哲學教程》所寫的文章的主題１。

１ 《哲學在其獨自的領域中》，柏林O.J.（1925），第二卷，第393—492頁。

石裡克在維也納的影響使哲學活動重新大大活躍起來。這種哲學活動已超出了大學的範圍。除了關於自然哲學、邏輯學及認識論、人生哲學、倫理學以及文化歷史哲學的講課以外，還有各種哲學研究討論會及共報告和討論；這些對於奧地利的和來自國外的學生都具有極大的吸引力。不僅如此，和石裡克保持聯繫的還有許多哲學家和各科學專科的傑出代表——例如，像數學家和邏輯學家哈恩、門格爾、塔爾斯基，社會學家紐拉特，哲學家卡爾納普、貢佩爾茨、克拉夫特、魏斯曼和齊爾譯爾。這一學派的結合併不是因為他們在觀點上互相一致，他們是由一種非教條的科學的哲學探討方式聯結在一起了。這種方法要求任何斷言都得有一個基礎。

1929年石裡克作為客座教授到美國加利福尼亞州利蘭·斯坦福大學講學。同年九月在布拉格舉行了精密科學的方法論會議，使稱為維也納學派的這一群學者同國外的數學家、物理學家有了更密切的接觸。1931年，這一學派聯合杜比斯拉夫、賴興巴赫在柏林組織的「經驗哲學學會」，創立了一種以《認識》為刊名的雜誌。同類的傾向在該雜誌中獲得了表現。

路德維希·維特根斯坦的《邏輯哲學論》對於維也納學派的發展有著相當重大的貢獻。該文先於1921年發表在奧斯特瓦爾德的《自然哲學年鑒》中，1922年又發表於倫敦。維特根斯坦把被人們認為不可解答的某些哲學問題歸因於這些問題沒有被表達得足夠清楚：「哲學應當把思想弄清楚，並給思想劃定明確的界限。要不然，思想就可以說是晦暗而模糊的了。」１但是，由於思想是以語言來表達的，因此，哲學的正當任務就是語言的邏輯分析。

１ 《邏輯哲學論》，倫敦1922，第76頁。

在1926年至1936年這一時期中，石裡克寫了一系列論文。這些論文在一定程度上受到了維特根斯坦的啟發，並表現出極其富於成果的智力發展的徵兆。此外，在1930年，他的《倫理學問題》作為「科學地認識世界」叢書之一而出版。該叢書是他與菲利普·弗蘭克共同編輯的。

石裡克曾計劃用這一時期獲得的新的想法和靈感來修訂他的《普通認識論》。但這一計劃永遠未能實現。1936年6月22日石裡克要在維也納大學作他的物理哲學課程的最後一講。當他走上大學的樓梯去講課時，致命的槍彈結束了他的生命。

在石裡克遺下的包括其早期講課筆記的那些著作中，發現了一份手稿。稿內寫著極為簡明而重要的物理哲學大綱。這就是石裡克在1932至1933年冬季學期據以講課的原稿（同時還存有一個打字副本）。該文經石裡克進一步修訂增補之後又用於1936年夏季學期的課程。這後一個本子，加上編者注，構成了本書的主要部分。由於對生物學與物理學之間關係的研究，雖在石裡克的計劃之中，卻未被包括在這個手稿之內，因此本書編者把聽石裡克1927年講課（最後一次論及物理學與生物學的關係）時的逐字筆記合併在本書的正文中（第十四至十六章）。在手稿的打字副本中也涉及到石裡克為德索爾的《哲學教程》撰寫的關於自然哲學的更為詳細的討論。經出版者烏爾施泰因的同意，其中某些對補充手稿本有重要意義的部分被列為本書的附錄。

我們願借此機會感謝阿爾弗雷德·沙伊貝爾博士允許我們利用他聽石裡克1927年講課時所記的筆記。

在出版石裡克遺下的這些論述自然哲學的筆記時，本書編者的願望是要使科學哲學的所有朋友和擁護者都能瞭解石裡克的思想在這樣一個領域內的最終結果，在這個領域中所有有資格作判斷的人都公認他是一位大師。同時，編者也希望能借此略表自己對老師的感謝。

瓦爾特·霍利切爾

約瑟夫·勞捨爾

1948年6月於維也納

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商務印書館編輯部

1987年2月

第一章自然哲學的任務

給自然哲學的基本特點下定義，最簡單的方法就是陳述它和自然科學的關係。從西方思想的最初時期開始一直到牛頓，甚至到康德的時代，人們從未對自然哲學與自然科學作過區別。但從那時以來，（屬於自然哲學的）思辨方法似乎已把自己從（屬於自然科學的）實驗程序中分離了出來。結果到十九世紀中葉才開始弄清楚，思辨方法原來是一種騙人的東西，它走的是一條死胡同。此後接著的是一個哲學被自然探索者輕視的時期。直至二十世紀初，「自然哲學」這一名稱才又恢復了它的尊嚴。同時由於自然科學的空前進展，對自然科學的哲學方面的考慮重又引起了普遍的興趣。由於當時流行的對待哲學的一般態度，自然哲學的任務最初被規定為（1）為獲得全部自然過程的完整圖像而對知識進行綜合，以及（2）對自然科學的各個基礎在認識論上加以辯白。

但是這是一個不能令人滿意的定義，因為自然科學的任務或目的就是要獲得有關一切自然事件和自然過程的知識——換言之，它既是各個最普遍的命題的陳述，也是假設的真實性的一種審核。

自然科學各不同分支的合併或融合——就是說，簡單的命題歸屬於越來越普遍的命題——只能從下面以自下而上的方向發生。因為在每一個領域內，隨著知識的進步，所達到的水平會越來越高，而在這些更高的水平達到之前，根本就沒有可能來實現那種必需的綜合以獲得一幅完整的圖像。要哲學來實現這一綜合也同樣是不可能的。——自然科學的全部任務僅僅就在於堅持不懈地審查其命題的正確性，結果這些命題就發展成為越來越牢固地確立的假設。這些假設所依據的假定就以這種方式在自然科學本身的領域內同時得到了檢驗。而且，對於自然科學的基礎，不存在別的特定的哲學辯正，——這樣一種辯正不僅是不可能的，而且也是多餘的——這一點將在下面的討論中加以闡明。

雖然如此，在完全另一種意義上，自然哲學的任務還是和自然科學的假設有關。自然知識表述為命題；所有的自然律也同樣是以命題的形式來表達的。但是認清命題的意義則是檢驗該命題真實性的先決條件。這兩個概念是不可分的，而且二者均發生在自然科學的領域之內。然而，儘管它們是不可分的，我們還是可以在此區別開兩種不同的心理姿態：一種是關於檢驗假設的真實性的，另一種則是關於理解這些假設的意義的。典型的科學方法有助於揭示真實性，而哲學的努力則指向意義的闡明。這樣，自然哲學的任務就是解釋自然科學命題的意義。因此，自然哲學本身並不是一門科學，它是一種致力於考察自然律的意義的活動。

為了使我們的論點建立得完整起見，我們將不得不來規定自然科學區別於藝術及所謂文化科學的一些特徵。但是，我們將僅限於給出下列陳述：所謂自然，我們是指一切實在的東西，即一切在空間和時間上確定的東西。存在或發生於空間之中的任何對像或過程也同樣存在或發生於時間之中。反過來就會顯得不真了；因為要想確定感情和情緒（它們當然是時間性的）的空間位置那肯定是荒謬的。但是，它們也可以被歸屬到某些確定的個人（即具有該感情與情緒的個人）身上，從而在這一意義上使它們與空間性的事物相聯繫。更進一步，既然所有歷史的、文化的以及語言的對象都是空間一時間性的，它們都是自然的一部分，因而都是自然科學的對象。

由此，我們看到自然科學具有普遍的性質和包羅萬象的特徵，這就使它既不能從屬於也不能並列於任何一種藝術或文化科學。而由此還能看到自然科學具有無比的哲學意義：所有過去的哲學進步都是來自科學的知識和科學問題的研究。因此，如果相信藝術和文化科學不管怎樣都是等同於自然科學，或者從哲學的觀點看來相信二者具有相等的創造力，那真是犯了一個極大的錯誤——這一錯誤是在近百年內才首次出現的１。

１ 這些話——就像石裡克自己曾在他的講課中詳細說明的那樣——是針對那些與海因裡希·裡克特（1863—1938）意見相似的觀點的。裡克特的觀點見他的著作：《自然科學概念圖像的限度》，弗賴堡1896。

自然科學在普遍性之外還具有精確性。這就使它在歷史上和現實中成為進行哲學研究的最根本的基礎。只有通過分析精確的知識才能有希望獲得真正的洞察。也只有在這兒才有可能通過概念的闡釋而獲得確定的最終的結果。非精確科學中含糊的不確定的命題一定得先被轉化為精確知識——即它們必須被翻譯成精確科學的語言——，然後，它們的意義才能得到充分的解釋。而精確知識就是那種可以按照邏輯的原則完全地清楚地表達出來的知識。「數學」只是邏輯上精確的構寫方法的一個名稱。因此，舉例來說，即使是康德也宣稱：科學包含多少數學，也就包含多少知識。科學與其他任何領域相比，其知識的材料或實體更是來源於智力活動——這種活動能使我們抵達抽像的最高峰。而一門科學所達到的抽像程度越高，它洞察實在的本質就愈深。

以上這些就是自然哲學所以佔有中心地位的理由。

第二章圖像式世界觀及其限度

當我們把對於精確性的追求推遲到研究的後一階段時，我們可以說，關於自然的知識至少在達到一定的水平之前就是在於試圖給自然現象提供一個圖像式的模型。這也就是試圖去說明，對於既不能完整地加以把握又不能完整地加以感覺的實在，如果能在整體上加以審視的話究竟會顯出一種什麼樣子來。為什麼不能夠把每一樣東西都作為一個整體來考察呢？對於這個問題，最簡單的回答就是：因為它們不是太大就是太小了。因此，要想說明自然並獲得一幅想像中可以實現的世界圖像，第一步就征於要構造（一）宏觀宇宙和（二）微觀宇宙的模型。

（一）宏觀宇宙

要構造一個這種樣子的模型，首先就需要有對宇宙的空間度量。地球是一個直徑約為12，700公里的近似球體，它在相距1.5億公里處環繞著直徑比它大109倍的太陽而旋轉。最近的恆星之一，半人馬座a，距太陽系4.2光年。要得到一些關於這類距離的具體觀念，我們可以設想一列時速60公里的快車，它駛抵太陽約需280年，駛抵半人馬座a則需要7，700萬年。或者換一種方式，設想把我們這個宇宙的大小縮小25，000，000，000倍，那時太陽就顯得像是一個直徑5厘米的小球。按同樣的尺度，太陽到地球（其直徑約為半毫米）的距離將是5米，太陽到海王星為150米，太陽到半人馬座a則為1，300公里——近似地等於維也納到斯德哥爾摩或維也納到伊斯坦布爾之間的直線距離。

從那種較舊的但現在仍被廣泛地接受的解釋自然現象的觀點來看，這一類通過模型進行的例示應被看作是僅僅為了教學的目的而設計出來的。可是實際上，它同說明自然現象的古老觀念有著緊密的聯繫。真的，構造這一類模型的可能性曾經被看作是自然的可理解性的條件。

宇宙的這種度量的哲學意義是什麼呢？在我們的研究的較後階段，我們將不得不把度量的哲學看作為理解自然的重要前提；但在目前，我們只把注意力集中到幾個基本點上：所有空間度量的基礎在於應用一把剛性的尺，並在這把尺子的基礎上量出各部分的長度。在處理更大的或無法接近的長度或距離時必須運用光學儀器及光線。度量的結果則只能通過計算來獲得，而這種計算又是以幾何學的命題為基礎的。因此，在所有空間度量中都包含著某些數學的和物理的假設——這一事實使解釋空間度量的最終意義變得極端地困難。例如，如果我們象最初所定義的那樣把公里作為代表地球周長四萬分之一的長度，那麼用公里來度量地球的直徑就毫無意義了。因為那時，代表地球直徑長度的數字，至多只告訴了我們關於地球形狀的某些東西，而完全沒有告訴我們關於地球大小的任何東西——因為公里的長度還有待於地球本身來決定。但是，現在的實際情況是，我們確定公尺的長度，不是根據剛建立米制時提出的定義，而是根據巴黎的標準米尺１。

１ 關於其他度量單位的陳述見本書第25頁。

較近的天體距離的度量採用視差法。在行星系內以地球的直徑作基線，對恆星的情況則利用地球的軌道的直徑作基線。近得足以顯示出可覺察視差的恆星為數很少，但下述關於恆星空間分佈的數據仍可被認為是可靠的。恆星的分佈不是無規則的，它們構成許多有秩序的群，即那種由數萬顆單個恆星組成的所謂各個星團，其中最令人感興趣的是球狀星團。到現在為止已經觀察到有八十個這種美麗的球狀星團，其中最近的半人馬座ω離我們約有20，000光年，而最遠的則十倍於此。——太陽從屬於一個巨大的漩渦狀的體系或星系，名為銀河，其最大直徑約為60，000光年，最小直徑約為11，000光年。我們這一星系至少包括有五億顆恆星，但它僅僅是望遠鏡中所能看到的所謂漩渦星雲的無數類似體系中的一個。這類體系的大多數並不是由星雲狀物質或者瀰漫物質所組成，它們是由幾十億個太陽所組成的。這些體系或星系中最近的一個——仙女座星雲——離我們太陽系的距離為900，000 光年；而迄今為止我們從望遠鏡中看到的這類星雲已有200萬個。無疑，還有更多得多的星雲存在著。

對於不能用視差法來測定的距離，可用夏普勒的造父法來估計。造父星都是變星，它們的亮度呈現週期性的起伏。它們是一些脈動的氣態球體（根據普盧默和夏普勒），其特性很容易由物理定理推知。造父δ（這一類中其餘的星均因它而得名）是一顆非常大的恆星——大約比我們的太陽亮700倍，——變光週期為51/2天。從這些變星已知的絕對亮度和它們在天空中的視亮度可以計算出它們的距離——並從而算出它們所在星座的距離。這些星球的視大小為計算最遙遠的銀河系的距離提供了基礎。重要的是要弄清楚在這些距離的度量中究竟包含了多少物理的假設，在解釋這樣的度量時究竟應該在多大的程度上對這些物理假設予以考慮。

對於宇宙的可見的形狀和大小，我們要提出如下的考慮：自從布魯諾之後，宇宙在廣延上被認為是無限的。但是新的天文學相信它是有限的。如果在一個無限的空間中存在著無限個平均象太陽那樣大小的天體，而且這些天體在全部空間內均勻地分佈著，那麼整個天空就會亮得像日輪一樣。但是實際上天空要暗上幾百萬倍。此外，所有恆星質量之和為無窮的假設與牛頓的萬有引力定律是不能相客的。同樣，關於有無限個銀河系的假設，例如甚至是那種認為宇宙是由無窮多個一個比一個高級的銀河系逐級組成的假設，也被否定了。那種認為世界是無限空間中一個有限島嶼的理論同樣遇到了某些困難，對此，後面我們還要回過頭來加以討論。另一方面，根據愛因斯坦廣義相對論的結論，宇宙空間是有限而無邊界的１。這在邏輯上既是完善的，於事實也是符合的。這兒不再有什麼形象化模型。我們已到達了一個舊的研究自然的方法所無法逾越的界限。

１ 見石裡克：《當代物理學的空間與時間》，第二版，柏林1919，第64—73頁。

（二）宇宙的時間性演化

曾經有一個時期太陽系的起源問題在人們的興趣中佔據了突出的位置。拉普拉斯與康德力圖把行星系的現有結構看作是原來分佈在空間的多少成球狀的瀰漫星雲物質在演化過程中的一個自然的階段，從而使這一結構可被人們理解。他們的理論是非常著名的。今天我們知道，拉普拉斯提出的這一種發展過程——或者別的同類的發展過程，——也只能以從單星形成聚星而告終（實際上幾乎全部可見恆星的三分之一都是雙星）。我們還知道，太陽系的起源非常可能是在於兩顆星的偶然碰撞，或者，可能性更大的是兩顆星的緊密的接近１。由於這種接近的概率極小，所以除極少的恆星之外再多的恆星具有行星系是不可能的。從原則上講，應該瞭解和注意到在科學的宇宙學中，現在的較複雜較有秩序的世界狀態決不能從較簡單較無秩序的情況下產生出來。在任何轉化過程中，差異、秩序和多重性的程度總是保持不變的。由於這一觀察的結果，世界演化理論的哲學意義被降低到了最低限度２。

１ 由於最近天文學及無體物理學發展的結果，這一觀點再次發生疑問，並因此使接下去的那句話已失去它的結論性。

２ 這意思是說，世界起源問題並沒有清晰的意義。科學的唯一任務是研究事物如何發生、發展或演化，以及如何終止其存在。

今天，由於天文學和原子物理學的共同努力而得到的關於恆星演化的新知識是極為重要的。它的一個結果是宇宙中存在著的有時間性的情況只能和物質聯繫起來考慮（見《恆星與原子》，愛丁頓著。英國劍橋大學出版社，1927）。甚至奧古斯德·孔德在他那個時代也曾經表示過一種意見，認為人類永遠不會得到關於組成恆星的材料或物質的知識。這是一種極端非哲學的說法，其中過高地估計了空間距離作為認識條件的根本作用。這是由於推理的錯誤而造成的。要是我們對於認識的類模型性質採用本章所述的觀點，就不會犯這個錯誤了。

那種使我們對於物質結構瞭解得最多的方法——光譜分析法，可以像應用於地球上的對象那樣應用於天空中的對象。我們不僅利用物質在白熾態下發射的光的光譜把各種不同的化學物質區別開來，而且我們關於原子內部的所有知識都是由光譜分析而來的。實驗室中所作的觀察和對星際空間——那裡的情況和地球上常見的情況完全不同——所作的觀察相互補充。如果有過一段時期，看來似乎在恆星和星雲上存在有地球上所未知的物質，那麼現在，整個宇宙中的物質均由同樣成分構成這一點已是無疑的事實了。這些構成物質的成分即是帶正電與負電的粒子及輻射量子（質子、電子、光子），它們以極多種不同的方式組合起來就產生了所謂化學元素的原子１。

１ 鑒於目前核物理學的發展，這裡列舉的基本粒子應被認為是不完全的。但對於石裡克的論證來說，列舉的不完全並不重要。 *此處體積和質量似乎前後顛倒了。——澤注

把物理學告訴我們的關於象恆星這類物理結構物的性質的全部知識和實際觀察結合起來，我們就得到了這樣的結論：恆星正在經歷著一種演化過程，在這過程中它們只要有相當穩定的總亮度或發光度，那麼當它們的體積由於輻射、質量由於收縮而減小時」，它們的密度和溫度就要升高。這樣，按照愛丁頓的理論，一個象大陵五這種類型的巨星在五十億年的時間內就會變成一顆象太陽那樣的黃型星，而後者在五千億年的時間內接著將會變成一顆克魯格60那種類型的紅星。

但是近來對於最遙遠的漩渦墾雲的觀察——絕大部分是由加裡福尼亞州的威爾遜山天文台作出的——提供了另一類完全不同的時間估計，而且還提供了關於宇宙命運的最最驚人的結論。這些觀察指出，漩渦星雲正在以極大的速度退離我們，而且根據哈勃定律，這一退離速度同它離我們的距離成正比。例如，當距離為40百萬秒差距２時，退離速度近乎每秒25，000公里。

２ 1秒差距＝3.26光年，1百萬秒差距＝一百萬個秒差距。

這種測量是根據多普勒定律通過觀察光譜線的位移而進行的３。

３ 這全部論證從根本上說，取決於把光譜線位移看作多普勒效應這一看法的合理性。

據此，宇宙就不是處於一種平衡的狀態。按照愛因斯坦、弗裡德曼和勒梅特的方程，宇宙正在飛快地膨脹——快到這種程度，以致在13億年之後，其中所有的距離都要增加一倍。如果允許根據哈勃定律外推的話，大約20億光年遠的漩渦墾雲就會具有光本身所具有的速度（每秒300，000公里——英譯者）；而且，在2，000億年之前，宇宙的全部質量均應聚集在1立方毫米之中。上述第一個結論與相對論相矛盾。要避免它就只能認為這樣的外推在物理上是荒謬的——因為有關空間和時間的一切陳述，一旦超越了某種尺度，它們的意義就會立刻改變（一個具有這種結構的星際空間，其膨脹不可能超過二百萬光年）。對於上述第二個結論，如果我們假定膨脹只適用於銀河星系的整個體系而不能分別地適用於其中的每一個星系——這是一個可以得到弗裡德曼-勒梅特方程支持的假定——，那麼這第二個結論也就被否定了。如果是這樣，那麼，在我們的銀河系中也許當星體演化過程已經達到很高級的階段時膨脹才剛剛開始。但是，通過對含鈾礦石及隕石的研究，在實驗上發現地球及其鄰近世界的年齡不會超過20億年——這樣的話，黃星和紅星很可能並不代表演化的不同階段。

雖然膨脹的宇宙可用肥皂泡之類的東西來作圖像模擬，但要對這種現象建立形象化模型是不可能的。

（三）微觀宇宙

現代原子理論的內容已為大家如此地熟悉，以致無需再作任何詳細的描述。1808年，道爾頓引用古代留基波和德模克利特所設想的原子概念作為說明某些化學事實的一種科學假設。此後，在物質的分子運動論、特別是在氣體分子運動論中，這個概念被成功地用來說明實體的物理性質。按照氣體分子運動論，分子和原子為了計算的目的被看作完全是彈性的球體。它們在氣體中以每秒數百米的速度自由運動著，直到它們同容器壁或鄰近的分子碰撞而彈回。粒子的平均能量（動能）與溫度成正比。因此，熱被說明為運動的一種形式。一立方厘米氣體含有的原子數，在攝氏零度和一個大氣壓時為27×1018；而一立方厘米水的原子數為1022。這些數字比之我們從天文學中知道的星體數目要大出很多。物質的分子運動論雖然足以說明一切通常的力學和熱學性質，但要說明光和電的現象則必須把原子看成一個電動力學的系統。這一點是通過盧瑟福-玻爾原子模型而實現的。在這模型中，電子——其個數在1至92的範圍內——圍繞著處於中心的帶正電的包含有質子與電子的核而旋轉。這一模型的要點是：電子只能在一定的分離的軌道上運動；只有當電子從較大的軌道躍遷到較小的軌道上時原子才放出射線（光子），躍遷反向進行時原子才吸收射線。就我們的目的來說，重要的是要認識到，這一模型只給了我們一種時空關係的而不是電動力學關係的形象。從法拉第、麥克斯韋的時代到開耳芬勳爵的時代，人們一直在堅持不懈地試圖建立電磁過程的圖像式模型。這種努力早已被最終放棄了。我們已到達了圖像式世界圖景的極限。現代量子理論甚至更清楚地使我們深深地感到圖像式世界圖景的不足，因為這一理論表明，即使在時空關係方面，圖像式模型也是一定要失敗的。有三點理由可以說明原子的圖像式模型必然是不適當的：

1.最小的元素（例如電子）必須表現為視覺或觸覺的粒子。而由於它們的定義，這是不可能的。

2.這一模型的基本性質是通過其電動力學特性來表示的。而這是既不能看到也無法想像的。

3.這一模型的時空結構曾似乎能最清晰地代表自然的直接映像，但從現代物理理論的觀點看來，這種說法就不再是正確的了。

為了對圖像式（模型式）知識的價值和限度獲得一個清晰的概念，我們必須首先試圖為說明自然現象尋找一個精確的基礎。

第三章描述與說明

對於自然的認識，第一步在於描述自然，即相當於建立各種事實。而建立事實又在於用詞或符號來陳述所描寫的事實是如何由要素組成的。每一要素均由習慣上使用的符號（名稱）表示。為達到這一目的，某些原始的識別活動就總是必需的，這樣才能鑒定每一成分，把它歸屬到確定的類別中去並給它分配一個相應的符號１。

對於自然的認識，第二步——說明——具有這樣的特徵：在描述自然時用到的某一個符號（概念）為另一些符號的組合所代替，而那些符號都已在別的場合使用過。就事實而言，知識的進步正是在於發現這一類替代的可能性。因此，如果我們能用「重量比例為1︰8的氫和氧的化合物」來代替「水」這個詞，那這就是化學上的一個發現；如果我們能用「物體微粒的運動的能量」這種說法來代替「物體的熱」，那這便是物理上的一種說明；如此等等。

這類新的描述的優點在於：借助於這種描述，我們就能預言被如此指明的那些事物的行為方式——因為這一行為因此就能從另一些事物的已知行為中演繹出來，而這另一些事物乃是由說明中使用的各種概念所指稱的事物。例如，如果熱被說明為是極小粒子的一種運動形式，其結果就使我們能把一切熱現象都歸因於一群極小粒子的不可見運動的特性，並從而預言前所未知的熱現象。很明顯，隨著知識的進步，描述自然所必需的概念數目將逐漸減少，因而，「世界圖像」這一術語所表示的那種東西也將越來越統一。世界將變成一個「統一的宇宙」。從古希臘哲學家們試圖把宇宙的多樣性還原為單一原理的努力中可以明顯地看到，即使是這些古代的哲學家，也已經模糊地意識到了知識的最終目標。泰勒斯的水是萬物的始基的理論就是植根於這種思想的；而對於阿那克西米尼和赫拉克利特來說，空氣和火分別擔當了這一角色。

說明意味著在不相似中發現相似——在差別中發現同一。由於說明是把自然現象的不同種類還原為同一個領域，這些不同的種類就被作為特殊事例而包含在同一領域之中。因此，我們可以說，說明就是普遍包攝特殊。這樣，舉例來說，只要把熱和聲看作是極小粒子運動的特殊情況，它們便都被說明了。

在科學思想發展的初期，在不同中發現相同被解釋為發現常量，即不變量——一種其自身保持同一的東西，它一方面是一切多樣性與變化的基礎，另一方面卻不參與這些多樣性與變化。這一常量被稱為實體；人們設想它以多種表現形式出現，能經受各種不同的過程而不改變其基本性質。這種原始的實體概念——它在邏輯上的缺陷，稍後將會越來越清楚——即使在當時就已經是不適當的了。因為這一實體怎麼會發生分化，怎樣經歷這些轉化，都沒有得到說明。要使變化本身成為可理解的，就必須要在變化中發現不變的東西或不變量——為此，就必須要有定律的概念。

「一般性的描述」構成這一程序的初步階段（例如：「拋出的石塊落向地面」）。這些一般性的描述甚至也可稱為定律，但它們還沒有對所描述的過程構成一個說明。只有在一批該類的定律結合為一個單一的定律而且前者被認作是後者的特例時，才構成這樣一個說明。在這種情況下，同一個公式１石裡克在他的《普通認識論》（第二版，柏林1925）中詳細表明了他對這一問題的意見。對於該書，他認為有些部分已經過時，曾計劃予以徹底的修訂。

將能描述多個或簡直是任意個過程。邁耶森對同一性在說明自然時所起作用的解釋，本質就在於此。只有當這一公式借助於數學上的「函數」概念而被表明之後，說明才是完善的。因為只有借助於這類公式才能獲得在全部細節上完整的描述。

伽利略是這一類精確的自然知識的創始人。我們將先來弄清楚被伽利略稱為落體定律的這一自然律的根本特點。我們想像一個自由落體，在它行經的許多點上測量了它的速度V。我們把這些速度除以該物體途中到達對應點所需的時間t。儘管在落下的過程中分子分母不斷地變化，但每一次相除所得的商卻總是相同的（稱之為g）。這樣，該商即代表變化中的恆定要素，或變量中的不變量。一般而言，表述有關任何一個自然過程的定律，就在於陳述那些用於描述該過程的變動的量或值的一種特殊組合（函數），這種特殊組合在整個過程中保持恆定。伽利略「說明」了為什麼落體在一定的時間內落下一定的距離。牛頓又再次說明了伽利略的定律，因為他指出了該定律是引力定律的一個特例。而愛因斯坦又說明了引力定律，因為他把該定律還原為普遍慣性原理。

對自然加以說明意味著用定律來描述自然。定律的功用（定律的意義）是描述而不是規定。它們講的是實際發生的東西，而不是應當發生的東西。我們說自然律具有必然性只是意味著它們是普遍有效的，並不是說它們實行約束。國家的法律對該國公民具有強制的形式，但對自然律說什麼強制或約束則都是荒謬的。人們之所以會造成這種誤解是由於「律」一詞的含糊性——而這又是由於半意識地利用了一種心理模型。

這一類的心理模型把自然過程設想成與精神事件的型式相一致，它們構成了對世界所作的神秘說明的基礎，也構成了泛靈論的自然觀的基礎。有一些形而上學的體系，就像叔本華的體系，也要由它們來負責。對叔本華來說，自然過程是隱藏著的意志的具體表現。柏格森的生命的衝動（elan vital）.. 扮演了類似的角色，並且同樣地體現了一種原始的心理模型。這兩位哲學家的共同特點是：他們提出了一種與用定律來對自然作科學的說明相對立的哲學的知識。他們聲稱這種哲學知識更為深刻，它並不在於描述，而是在於同知識所尋求的題材作真正的結合。在他們看來，只有這樣才能達到真正的理解。但是這些哲學家們不懂得，用定律進行的描述能獲得人們所能求之於知識的一切東西，而心理上的直覺模型只是在表面上推進了對自然的理解——實際上它們比使用機械模型要更為妨礙這一理解。同樣，「力」這個詞——它的意義我們將在後面分析——之被引入科學，其原因也是在於心理模型１。

１ 見本書附錄「必然性與力」，自第69頁起。並見石裡克《論文集》（維也納1938）中的《生活、認識、形而上學》。

第四章理論的結構

顧名思義，理論性科學是由理論所組成——也就是說，是由命題系統所組成。當命題由於涉及相同的對象而彼此相關，或甚至當它們能相互演繹時，它們就構成了一個系統。自然律的構寫過程基本上總是相同的：首先，把對自然過程的觀察結果記入一張表內，這張表始終記載著標誌出過程特徵的那些變量的有關測量值。其次，找到一個能以單一的公式表示出該表中值的分佈的函數。於是，只要沒有新的觀察和它不相一致，這個公式就被看作是描述該過程的定律了。由於公式所包含的內容總比實際上觀察到的為多，也由於公式必須對所有同類的過程都有效，因此，任何定律的構寫總包括一個概括的過程，即所謂歸納。不存在邏輯上有效的從特殊到一般的演繹。對於一般，只能加以猜測而決不能從邏輯上進行推論。這樣，定律的普遍有效性或真實性，必然永遠是假設性的。所有自然律都具有假設的性質，它們的真實性永遠不能絕對地肯定。因此，自然科學是由光輝的猜測和精確的測量相結合而組成的。

這兒所設想的測量過程引起了一些問題，在後面我們還必須對這些問題加以討論。

正如特殊的定律是一系列單一觀察的結果，一個普遍的定律是以同樣的方式歸納合併不同的個別定律的結果。直到最後，我們得到了相對說來較少的普遍命題，這些普遍命題包括了全體自然律。因此，舉例來說，全部化學定律今天在原則上都能還原為物理定律，而素來只有外在相互關係的物理學各不同領域（力學、聲學、光學及熱學等），它們之間的分界線也早已完全消失了。目前，只剩下了力學和電動力學，而這兩者也根本不是相互獨立的。相反，它們是處處相互滲透的。至於生物學是不是會繼續保持為一個特殊的領域，抑或它也將被併入物理學的領域中去，對這個問題我們將在適當的階段加以討論１。

１ 這段話證明編者把關於生物學的一章加到手稿中去是正當的。這一章雖然原來沒有被包括在乎稿之內，但卻是在更早時期的講課筆記和手抄本中發現的。

為了要得到對自然的（.. 即對自然的真正面貌的）具體描述，僅僅構寫出定律來是不夠的。可以說，抽像的定律還必須被賦予內容。而且，除了這些抽像的定律之外，還必須陳述可以應用這些公式的實在（在被考察之時）的構象，這種構象被物理學家稱為邊界條件或初始條件。在數學上它們是通過引入常量的方法來表示的。

這兒，我們撇開所有的應用而來考慮定律的系統本身——也就是說，我們只研究普遍的而不研究特殊的命題。這樣我們可以從該系統中選出一組最普遍的命題，所有其他的命題均可由這組命題導出。這種推導是一種純邏輯的演繹，它可以在不知道定律中所用符號意義的情況下進行。因此，我們將不僅不考慮所有對個別情況的應用，也不去考慮所有詞及符號的意義——直到該系統被還原為一個純粹形式的結構或空骨架，其中沒有實際的命題而只有命題的形式（在邏輯學中這些命題的形式被稱為命題函數）。這種系統被稱為假設-演繹系統（皮埃裡）——它不代表實際上的自然而只代表自然中的所有可能性，或者說，代表自然的最一般的形式。在該系統頂點形成的一組命題就稱為公理；而究竟選擇哪些命題作為公理則在一定程度上是任意的。我們可以把任何命題視為公理，只要滿足一個條件，即系統中所有其他命題均可由所選擇的這組公理推導出來。因此，能成為公理這一點在任何意義上都不是某個定律的自然而然的、固有的屬性或特徵。某些命題之所以被選擇為公理，其唯一的理由只是因為方便。對於從這些公理推導出來的命題，進一步通過定義引入一些原來公理中沒有使用過的符號。定義就是為了簡便起見而引進一些新的符號或記號，定義就是這樣組成的。至於這些記號中哪些應當被認為是基本符號，哪些應當被認為是根據定義而由基本符號導出，則同樣是任意的。

例：

E＝?MV2 M＝mv

能量的定義 動量的定義

但是我們也可以用能量/動量代替質量與速度，於是有：

v=2E/M

因此，究竟哪些量出現在公理中是無關緊要的。

這樣，理論的結構包括（1）公理，（2）導出的命題，（3）定義。在自然科學的符號表述中，無論是用詞還是用數學符號，這三個結構要秦在外表上彼此是不能區別的。

理論的符號表述由一些句子組成，而句子又是由一定系列的口頭記號或書寫記號所構成。理論本身則主要由各種「命題」組成。至於一個句子是代表著一個真實的命題還是只代表了例如一種定義，這個問題得取決於說明這一句子並賦予它以意義的解釋。這些解釋並不構成符號表述的一部分，它們可以說是外加的——亦即外加給假設-演繹系統的——，例如，是以直指定義的形式從外部加上去的。它們構成句子應用的規則，並且對於句子的哲學解釋具有決定性的意義。歸根到底，還是一定要牽涉到被這一記號或符號系統所描述的實在，因為遲早我們總有一天必須從這一系統中掙脫出來１。只有那些由於它們的解釋而表述了名副其實的命題的句子，才能傳送出關於自然的一些消息來。其餘的都不過是記號的內部規則，因而只不過是些定義而已。後面我們還要討論真正的自然律與僅僅起著定義作用的句子之間所發生的混淆２。

１ 雖然這句活沒有包括在手稿中，但石裡克於1936 年講課時曾在口頭講過。

２ 見後面第41頁起關於「約定論」的研究；並見石裡克的論文《自然律是約定的嗎？》，載《論文集》，維也納1938；並轉載於《定律、因果性和概率》，維也納1948。

第五章理論與圖像式模型

過去，理論與實在之間的聯繫總是被想像為：出現於自然律中的那些符號似乎就代表簡單的量或值，它們或者是可以被直接感知的，或者至少是可以被認為與這類量或值具有相同的性質（例如1/100毫米的長度）。因此，在牛頓力學中，由空間中的線、時間和質量所代表的三個基本概念，是三個其意義好像是直接從感覺印象中得來的名詞。這三者都結合於運動的概念之中，運動就等同於質量的空間位置之時間性的變化。運動是這樣一種過程，在這過程中，知識的基本要求看來好像是以圖像化的方式——即對於在變化中恆定的要素的知覺——來滿足的。那個運動著的東西——質量——充當了實體這一角色並在感宮知覺中保持不變。可是，有一些東西確實發生了變化——那就是位置。這整個過程看來是完全清楚而且在視覺上可以想像的，而這就是機械說明受到偏愛以及早期物理學家們希望把他們的科學還原為力學的唯一理由。也因此，「機械論」一詞的意義被特別擴大了。

在自然的機械說明中，必須假定不可見運動的存在，以使所觀察到的過程能還原為這類不可見運動。這種做法在聲學和熱的分子運動論上都是很成功的。但為了說明電磁現象及輻射，則必須引入所謂空間以大的假設。起初，人們認為這空間以太和日常知覺所及的物質具有相同的性質。於是，以太曾交替地被設想成是氣體、液體或固體。但是，之後發現，這樣做將不得不把某些自相矛盾的性質賦予以太；因此，這一以模型為基礎的、類型十分粗糙的知識就被歸之於謬誤了。實際上，認為以太一定要具有和可以秤量的實物相同的特性，而實物的性質又需借助於以太才呈現為可理解的，這乃是一個其正當性未經表證的假定（彭加萊）。對於那些被假定為是發生於非感覺所及的微觀宇宙中的過程，只需要滿足下述條件也就夠了，那就是由於它們的相互作用，它們引起那些在可感知的領域內實際上可以觀察到的過程。我們把支配這些不可見過程的定律稱為小尺度定律或微觀定律，把支配可感知過程的定律稱為大尺度定律或宏觀定律。這種差別在任何理論中一定都會遇到，因為在一切理論中，所觀察到的各種事物的行為都被歸因於小尺度定律，而自然科學最普遍的假設也都涉及到它。

微觀定律與宏觀定律二者等同的機會幾乎是不可能有的。對於二者可能等同的假定，不存在先天的正當性表證，而這個假定對於以模型為基礎的最原始類型的知識則是必不可少的。

德謨克利特、博斯科維奇和赫茲的原子理論和渦環原子論都是以模型為１基礎的知識的例子（見石裡克《自然哲學》，載德索爾編《哲學讀本》）。

１ 見附錄「原子的概念」，第73頁起。

彭加萊曾證明，對於任何已發現的機械模型，總還存在能達到同樣效果的另一些機械模型。一般說來下列說法總是正確的：微觀過程永遠不可能毫不含糊地從所觀察的大尺度過程中演繹出來——總是存在著極大數量的各種可能性。在科學發展的較高階段，就像在本世紀前四分之一時期的物理學那樣，原則上已經放棄了那種認為微觀過程和大尺度過程相類似的主張。但是，只要人們保持下述假定，即使僅僅是部分地保持這一假定，即微觀過程要通過感性術語來理解，那麼，模型的方法就還沒有完全被拋棄。因此，例如在玻爾的原子模型中還是假定：談論時空量值任意放大或縮小之後的任意物理事件，還是有一定意義的。僅僅只是在物理學發展的最近階段中，那種把直接測量範圍內常見的時空條件推廣到不可見的細微領域中去的方法，才被認為是不能允許的。相應地，用形象化的方式來設想微觀過程以及用模型來作表述的方法就部被放棄了。

第六章論空間測定的意義

到此為止，我們一直把模型看作是一個圖像式的可想像的結構物。「圖像式地」想像，意味著在想像中描繪出那些知覺——這些知覺是人們直接觀察或把握該結構物時會得到的。為了使這成為可能，該結構物就既不能太大也不能太小；而且無論在什麼情況下它都得是一個空間的結構。因此，為了評價通過模型而得到的知識，就必須懂得空間的性質。此外，由於我們已把自然定義為存在於空間之中的東西，因此，對空間概念的分析無論如何都一定會在自然哲學中佔有中心的地位。

我們必須首先把客觀的物理的空間和知覺的空間區別開來。我們有多少種感宮知覺類型，我們就有多少種知覺空間，而感官知覺中最重要的就是視覺和觸覺。視覺和觸覺二者在質的方面完全不同，相互無從比較。但雖然如此，它們卻都具有某些相同的形式上及數量上的次序特徵。正是這些特徵使我們能以某種方式來定義物理空間，該方式以後將要詳細描述。

雖然個人的視覺和觸覺是主觀的（這就是說，關於它們的命題依賴於觀察者），但它們仍呈現出一種次序，這種次序可以稱之為是「客觀的」，因為它是由一些不依賴於觀察者感宮知覺模態的命題來描述的，而且這些命題還能夠被任意數量的觀察者所證實１。物理空間由這類命題系統所描述。因此，物理空間本身是不可圖像式地設想的，——能夠想像的僅僅只是某些有次序的知覺序列，它們的次序確切地代表了所設想的結構物的物理空間性質。我們對這個問題所抱的態度，不是去查究空間的「本質」或「內在性質」（值得注意的是，空間一詞並不出現在日常用語中），而是要問：當我們構寫關於自然對像或自然過程的某些空間性質的命題時，這樣做究竟意味著什麼？

１ 這些命題——按照石裡克在其他場合所使用的術語——「是在相互感覺上及相互個人間可以證實的」。

為了描述空間情況，我們首先需要點的概念。點概念的知覺基礎在於視覺場和觸覺場中呈現出有某些特殊位置（奇點）。我們習慣於用沒有廣延這種說法來描述它們，換句話說，它們沒有任何部分是可以被感知的。這些奇點的特徵是，它們可因感宮的些微移動而發生相當大的改變（例如，可以使它們消失）。這就是我們把零維歸之於點的原因。另一方面，線則有一個方向，因之其感覺印象在微小的位移下仍保持不變（線是一維的）。

那麼，當我們把某一確定的長度賦予一條線（即賦予兩端點之間的距離）時，我們的意思是什麼呢？我們決不能說這就是在陳述該兩點之間虛空的空間的總量——亦即「無」的總量（可比較笛卡兒的一些論點）。要確定關於長度規定的意義，唯一的方法就是考察這種規定是如何制定的。一般說來，要弄清一個命題的意義，除了考察它的真實性是如何確立起來之外，再沒有其他方法了。對於自然科學所能應用的唯一有效的方法是觀察與實驗，也就是某些確定的操作。這一點對於長度的皮量也是對的。比較兩條線的長度在原則上是這樣進行的：在一個作比較用的標準體上選定兩點（分規的針尖或量尺的刻度），使它們與一條線的兩個端點重合；然後把它們移到第二條線上，將此過程重複地進行。這樣，問題就在於要確立點與點之間的重合關係或非重合關係。這類重合關係的感覺基礎在於知覺場中的特殊的奇點，而那些奇點在我們前面講過的意義上是具有客觀的性質的。

極端重要的是要注意到用這一方法不能在真正的重合與十分緊密的接近二者之間確定出完全嚴格的差別——而在數學中卻給出了這兩個概念之間的根本性的拓撲差別（本質的區別）。

在應用上述度量方法時，我們假定量尺在移動過程中其長度不變，並假定因此我們就能確定在不同位置上保持恆定的一個長度。但這一假定只有通過應用另一把新的尺子把全部程序從頭再來一遍才能加以證明。這一種比較於是把我們引向無窮的反覆，或邏輯上的惡性循環；要克服它唯一的辦法就是要認識到兩條線的相等根本不是絕對的，——它不是這個世界上的某種被給與的東西，某種完備的東西——這一概念只不過是通過定義性的規定來制定的。

這一規定只能從實踐的觀點作出而不能在邏輯的基礎上作出。它牽涉到「剛體」的概念。如果一個物體上所標的兩點和第二個物體上所標的兩點重合，而這些重合在所有點上和所有時間內都保持不變，如果這個物體具有這樣一種特性時，那麼我們說，這一個物體相對於另一個物體是剛性的。經驗表明，有一整類的物體具有這樣的特性：其中每一個相對於這一類中其他各個都是剛性的。我們把所有這類物體稱為是「實際上剛性的」。更嚴密的考查向我們表明，按照定義，沒有一個物體是完全剛性的。而這就妨礙我們在比較長度時無保留地使用任何現實的物體當作標準的量尺；而且因此還促使我們在談到標準量具時要附上一些條件（修正），例如，我們說：「如果該標準量具處於某種溫度下，則必須從它的長度中減去幾分之幾。」或者說「如果該標準量具受到這種或那種力的作用，則必須把它的長度增加這樣那樣的一個比例。」通過這類規定，於是可以說，這個現實的尺子就變得相當於一把被認為是完全剛性的理想的尺子了。

如果一個概念是參照了一個實際存在的構架或物體（就像地球的子午線，巴黎的標準米尺等等）而定義的，那麼我們就稱之為具體定義。但如果一個概念起源於自然律或普遍的統一性，那麼我們就稱之為約定（彭加萊）（狹義的約定，因為按照廣義的「一致同意」，任何定義都是約定）。

由於我們假定自然律是不變的（這一假定的意義暫時不予深究），因此，與具體定義相比，約定有這樣一個優點：由它所定義的概念能夠在任何時候１重新構造出來（比較光的波長）。

１ 由於鎘光譜紅線易於重複產生，它的波長可被選作長度單位。

到此為止，我們還只談到了長度上的相等概念和較大及較小概念。但是，為了要完成長度的度量——或用確定的數字表徵確定的片段的（無歧義的）特性——，進一步的操作則是必須的。為此，我們需要一把刻有許多刻度的剛性的尺。這些刻度都用數字標出，但對這些刻度的安排和標定從原則上來說都可以是任意的。然後，把這把尺放在待量的線上，其放法是：線的起點與尺上某定點重合。此時，線的終點又與尺上的另一點重合，對該點所標定的數字即被稱為線的長度。我們把尺上第一個定點指定為0。把尺上的分度按如下的要求校準：對應干各個等差數字之間的間隔，彼此相等（按前述的定義）也就是說，使數字0與1，1與2，2與3，..，之間的間隔大小相等。在這種情況下，距離的相加只需要有一個十分簡單的和數或有一個加法定理就行了。如果我們把「兩線之和」理解為把兩條線接在一起後所得的線的長度，那麼這一長度就簡單地等於兩線的度量單位數，即標量數的算術和。

最後，剩下長度等於1的線要由具體定義（聯繫到地球的大小）或約定（借助於某些種類的光的波長）來決定。因此，為要決定長度，必須滿足如下五項條件。即一定要講明白：

（1）兩條線在什麼時候才被認為是相等的；

（2）較大、較小應被理解為什麼；

（3）數字0應放置在什麼地方；

（4）數字1應放置在什麼地方；

（5）剩下的數字次序應如何排列。

這些條件中前兩條一般稱為拓撲學條件，後三條稱為度量條件１。

１ 見卡爾納普的小冊子《物理學的概念圖像》，刊於《知與行》叢書

在度量中採用光學裝置原則上並沒有增加什麼新東西。它們僅僅與視場中奇點的觀察有關，而且還必須作出關於光線行為的假定（直線傳播）。雖然如此，值得注意的是光學方法能如此方便地應用而不需要改變任何剛性尺度量所依據的約定。最重要的結果是所有空間情況度量的測定都取決於比較，從而都是相對的。所有的測量操作都是由剛體之間的比較所組成，並通過觀察重合關係而完成。所有空間性的命題僅僅只涉及物體的行為——從不涉及「空間」。和彭加萊相一致，我們堅信所有空間命題的相對性。其理由是：如果我們假定一夜之間世界上一切物體的大小都以同樣的比例發生了變化，那時世界也並不會產生可感知的差別。這是因為，按照上述假定，所有供比較用的尺——包括我們自己的身體及其感覺器官——都將同樣地發生變化，用任何一種度量——甚至包括眼睛的精度——都絕無可能來確認所假定的變化。只要重合關係得到保持，世界可以承受任意次的可想像的變形，而結果什麼也不會改變。

亥姆霍茲早就認識到這一事實。他曾指出，如果有一種生物，其所生活的肚界就像是我們這個世界在哈哈鏡裡照出來的那種樣子，只要它們不能從它們的世界走到我們這世界裡來並從而把兩個世界作一比較，它們就永遠也沒有任何辦法能覺察到這種畸變１。要說到世界的變形，只有當存在一個不參與該變形的某物，並可通過該物而確認這種變化——顯然是根據對重合關係的觀察來確認，只有在這種情況下說到世界的變形才有意義。一種保持一切重合關係的畸變（其中既沒有新的重合關係產生，也沒有任何重合關係消失）並不代表著世界的一種變化，它僅僅代表著引入一種新的說法——新的術語系統——，例如，就像是用任何一種類型的高斯坐標取代笛卡爾參考系。在一切重合關係都保持的地方，畸變的唯一意義就只是假定剛體的長度發生了變化，因而也就是假定量尺的長度發生了變化。但這一點會與我們的長度定義發生矛盾。根據定義，長度唯一取決於重合關係。

１見石裡克《當代物理學的空間與時間》，柏林1917（第四版，1922）。

我們至此還只能在物理意義上來談到點、線及空間形狀（這意味著，例如直線，代表一個在物理上明確的對象）。一條線，我們指的是物體（邊緣）上一系列連續的物質點。某種任意的理想參考系的引入，只有當我們給自己設想出一些在物理上可以識別的線系（表面把），並且同意把這些線系用作為坐標時，才是可行的。借助於一種任意的參考系——或者，用習慣的說法——借助於任意的幾何，我就能描述自然。

如果有可能以這樣一種方式來構寫自然律：使這些自然律無例外地僅僅包含只涉及重合關係的命題，而這些重合關係對於無論何種參考系均為真；如果這種構寫是可能的，那麼這些自然律將只包含最少的任意描述方法，從而可以說，將以可能有的最忠實的方式來重現自然。

當牛頓宣稱幾何學是「普通力學中建立和決定度量技藝的那一部分」時，他已覺察到幾何學是物理學的一部分了。而當愛因斯坦宣稱幾何學是「剛體所有可能的排列或編組的理論」時，他也表達了相同的見解（愛因斯坦：《幾何學和經驗》，柏林1921）。我們必須區別開兩種幾何學：一種是剛體間位置關係的理論，一種是「純粹的刀或「數學的」幾何學，後者可以在我們已經說明過的意義上被描述為一個假設一演繹系統。歐幾里得的數學幾何是以下述的方式創立的：經驗表明，根據對某些位置和量值的觀察，再加上某些普遍的假定，就能預言某些另外的（新的！）觀察；還表明，這一套程序使實際測量過程變得沒有必要。人們發現，為了計算例如一個立方體的體積，只需要量出其一條邊；量出三角形的兩個角就得到了第三角。在這些例子中，預料的結果得到確證，就肯定了普遍假定的正確性。現在假如這些普遍的假定連同可以由之而導出的全部命題，只就它們相互之間的關係來考慮，同時又完全不問在它們中出現的詞或符號的意義，那麼我們就得到一種「純粹的」幾何學，或一種純粹形式的公理與定理系統，它缺乏內容，從而不是真正的命題而是所謂的命題函數。一旦掌握了這種觀念，數學家就能想出任何數目的這類系統，並研究它們內部的關係。而自然研究者就能檢驗它們的適用性——也就是說，他能弄明白是否存在任何種類的自然對象，這種對像能被用來填補公理所具有的空虛的命題形式，從而得到真實的命題。如果找到了，那麼從這些公理演繹出來的定理顯然也是真實的了。

彭加萊認為：我們應當總是在各種可能的幾何定理中去追求那種最簡單的，從而寧可要歐幾里得幾何。但是，事實上更重要或更方便的是要這樣地來選擇約定，即當這些約定應用於自然時——也就是說，從純粹幾何轉變為物理幾何時——結果會形成最簡單的可能的物理系統（如果彭加萊能活著經歷到物理學最近的發展，那他就會歡迎非歐幾何在描述自然中的應用了）。

從純粹幾何到物理幾何的轉變對應於從語言理論到語言應用的轉變。純粹幾何就是物理幾何的語法。

在描述自然時，人們可以把例如「直線」這一術語用於這樣一些結構物，這些結構物遵守支配歐幾里得直線的那些公理。在這種情況下，三個這樣的結構物所形成的三角形其三內角之和根據定義就等於180°。但從1919年以來，我們就知道對於天文學上光線的情況，這一條件不是始終得到滿足。雖然如此，我們還是能夠規定把「直線」理解作象光線、繃緊的弦等等之類的結構物。我們還知道，對於天文學上光線的情況，這一條件也不是始終充分的。雖然如此，我們還是可以說，所謂「直線」指的就是光線、繃緊的弦之類的結構物。而這就意味著我們寧可惜助於非歐幾何來描述自然。兩種可能性都是存在的；有些哲學家主張只有前一種才對應於直線的「真實的性質」，這種意見是沒有意義的。無論何種情況，我們一定得通過定義規定我們認為是「直線」的東西。而這種規定，或日決定，在原則上是完全任意的。

至於那種宣稱幾何學的基本概念——象直線概念——是不可定義的，它們的內容和普遍性都獨立於物理經驗而由「純粹知覺」所給出，這種先天觀點是經不住批判的審查的。恰恰相反，這些基本概念在其原始形式下所指的只不過是一些特殊種類的物理結構物。

第七章四維世界

上面我們得到了這樣的結論：說所有對象都參與的空間變形是毫無意義的。針對這種論點，可以提出反駁說：雖然這種變形不一定會造成量值上可感知的變化，但卻有可能造成物理行為的變化，只要這種變化不被那些有關變形前後自然常量值的特殊假定所排斥。可是只要追究一下這些常量是如何發現的，我們就看到這是由建立各種重合之間聯繫而實現的——這種聯繫牽涉到重合的同時發生。（例如，當溫度計的水銀柱升到標尺上某一定刻度的同時，電流計的指針也必須指向某一確定的讀數。）因此，我們只需要再加上這樣一條：各相鄰重合之間的同時關係不受變形的影響。這樣增加之後我們就能夠十分肯定地說，觀察不能產生另外的常量或自然律，而且所假定的變化並不是實際的變化，只是改變了一種說法而已。因此，其結論是自然的描述只是一個時空性的重合關係問題。這一命題的意義和範圍，可以用一種在三度空間坐標之外引入時間作為第四坐標的圖示法——閔可夫斯基的方法，最清楚地表示出來。

這樣描述出來的世界是一個由世界線（World-lines）所貫串的四維連續域，其中每條線都是某個點（質點或能包）的運動的象。由於世界線代表運動，四維模型的一個變形就意味著各個運動狀態的變化，例如，一個粒子從靜止或勻速直線運動狀態變為某種曲線的不規則運動狀態。現在，正像我們已經看到的那樣，由於變形根本不表示一種真正的變化，而僅僅只是表示了一種說法的改變，那麼其結果就是，無論我們說一個粒子處於靜止位置還是說它在作某種運動，也都只不過是說法不同而已。實際上，粒子的運動類型完全取決於參考系的選擇。

用世界線所作的描述只限於那些能滿足「原始同一性」１條件的對象，或者說，只限於那些可以有實義他說在有限的時間內一直保持「同一」的對象。在這個模型裡，重合關係由世界線的截點或切線來表示。一個這種型式的模型可以經受完全任意的畸變，而且只要世界線的拓撲關係沒有弄亂，它可以同樣適當地代表實在。

１ 」原始同一性」概念是由庫特·菜溫在他的《物理學、生物學和進化史之起源的概念——科學原理之比較研究》（柏林，施普林格1922年版）一書中引入的。

世界線描述粒子的運動；但決不能誤認為世界線就是粒子的徑跡。例如，我們不能說一個點通過它的世界線，也不能說代表實際現實瞬時狀態的三維截面在四維世界中沿著時間軸漫遊。因為這樣的一種漫遊一定發生在時間中，而時間已經被表示在模型之中，不能再從外面引人。因此，下述論據——即對世界的四維描述證明了時間的非實在栓，而且還把世界描繪成僵化的靜止的存在——就都是荒謬的了。另一方面，對比於附加時間說明的三維表示法，有很多理由把四維世界看作是絕對的，因為前者含有較多的任意性，從而與描述方法有關。三維表示法與四維描述相比就像是物體的透視像與塑造的複製品之間的比較。相對論（它更有理由被稱為絕對論）的研究方法不允許觀察者有任何程度的主觀性或任意性。相反，相對論比以前的任何描述方法都表現出更多的客觀性。

我們把「運動」一詞的運動學意義和動力學意義區別開來。按前一種解釋，運動定義為位置在時間中的變化，而由於關於位置的數據只能相對於某個參考架給出，因此，根據定義，運動就是相對的。另一方面，按動力學的解釋，運動是根據該運動出現於自然律中的方式來定義的。在此意義上，很有可能的是，與某一確定物體（諾伊曼的a物體）的重合關係在所有運動定律中都發生著作用。在這種情況下，這些物體將不得不被描述為「處於靜止狀態」，而與之有關的運動則被描述為「絕對的」運動，因為它們將能根據自然律而被區分開來。這樣，當廣義相對論主張說，一切運動即使是在動力學的意義上說來也都是相對的，那麼這並不是一種同語反覆的、分析的命題，而是對於下列事實的一個陳述：對任一任意運動，沒有哪個參考架佔有優先的地位。

另一方面，在牛頓的物理學中，雖然並沒有選擇單個的構架或物體，但卻選了其中某一群，即所有相對於恆星處在靜止位置的或處於勻速直線運動狀態的東西。我們把後一群參考系稱作伽利略系或慣性系；相對於這群參考系，伽利略形式的慣性原理同牛頓物理學的所有其他定律一樣均為真。之後，「空間以太」變成了唯一優先的參考架。但當人們發現一切伽利略參考系對所有力學過程和所有電磁過程（光的傳播）同樣有效時（愛因斯坦的狹義相對論。1905），「空間以太」又失去了其特殊地位。由於不可能談什麼與以太粒子的重合關係，並從而談不到以大的「原始同一性」，於是就說明，實體概念不能應用於真空——這是一個具有巨大哲學重要性的結論。

在牛頓體系及1905年的「狹義相對論」中，加速運動與曲線運。動都具有絕對的性質。只是1915年的「廣義相對論」才取消了這一絕對的性質並隨同取消了特殊物體群的優先地位，這樣就為更滿意地滿足因果性的要求開闢了道路。無論是牛頓體系還是狹義相對論都沒有為慣性系的特殊區別給出任何理由。

為做到這一點，愛因斯坦不得不試圖這樣來構寫慣性定律：不參照於特殊的物體群（慣性系），而只參照於現存的物體的實際位形。這樣做之所以可能，乃是在於下列這一為當時物理學所忽視的極端驚人的事實，這一事實是，某一物體慣性的度量（它的慣性質量）恰好等於這樣一個量，該量被用於量度唯一地依賴於物體位形的那種效應（即所謂引力效應）。借助於這一事實，愛因斯坦成功地發現了一條把引力現象與慣性現象都包括進去的定律（並表明這二者根本上是同一樣東西）。其結果，不但取消了一切特殊的參考架，廢除了限定的參考系，而且實現了世界圖像的極大簡化。

廣義相對論的基礎

新的運動定律是一種微分定律——換句話說，它把粒子的運動表示為不依賴於世界的位形而唯一地依賴於在該粒子直接鄰域內存在的可測量的關係，而這一可測量關係則只是間接地受世界位形的制約。這樣，這種運動定律表達了粒子的運動和時間與長度的測量結果之間的關係，而這些測量被假定為是在粒子直接鄰域內進行的。而且這些測量通常被指稱為關於該處的「空間曲率」或「鄰域引力勢」的命題。

這種對於實際的測量方法的參照是理解我們前面所勾畫的世界圖像的意義的唯一途徑，對於這點無論怎麼強調也不會過分。

為建立重合關係，假定了質點至少在一個很短的時間間隔內的原始同一性；而且在真正的重合與緊密接近之間不可能作出嚴格的區別。此外，全部對重合關係的經驗都被一個連續的知覺場所統一。因此，經驗的世界被賦予了一種十分特殊的結構，這一結構也許可以用這樣的話來構寫：對於緊密接近的概念賦予了某種特殊的物理意義，或者換句話說，長度的某個確定的數量級實際上具有了一種特殊性，在該特許的範圍之內，根本不可能談到什麼任意的變形。借助四維格式描述實在，是從心理空間（視覺空間、觸覺空間等等）中構造出物理空間來的結果。但是，那些心理空間卻根本不是相對的。在這些空間的小區域內，長度與運動都可以在絕對的意義上來論述，並不類似於以重合關係為基礎的情況。在這些小區域內，歐幾里得幾何的應用就不僅是一種任意的約定了。雖然如此，對於更大或更小的量值，亦即對於天文的或原子的尺度，究竟應該構造什麼樣的幾何學，這個問題就不再能由心理學而必須純粹由物理學來決定了。

第八章約定論批判

慣性律陳述：一個不受干擾的物體在相等時間內經過相等的距離。

要確定「相等的時間」是什麼意思，單靠純粹心理上的時間計算是不夠的，因為經驗告訴我們這種計算並不能導致精確的或客觀的命題。因此，在科學上，借助於運動的概念——尤其是週期運動的概念——把時間的度量還原為空間的度量。於是，我們的時間單位，首先就是借助於具體定義，即地球自轉週期，來確定的。這一定義並不完全使人滿意，因為它妨礙我們講到地球自轉的變慢。天文學家會認為地球自轉變慢這一事實就證明他們是從另一種時間單位的定義出發的，即從這樣一個約定出發：時間單位的選擇必須使自然律的構寫盡可能地簡化。

當自然律被以這種方式應用於基本概念的定義時，那就顯得好像自然律本身只不過是一種定義或一種任意的約定了，而定義或約定並不告訴我們關於實在的任何東西。這種把一切自然律僅僅看成是同義反覆的約定的觀點稱為「約定論」。我們將以慣性律為例來清楚地表明這一觀念的錯誤。雖然「相等的時間」被定義為一個不受干擾的物體經過相等距離的那些時間間隔，但「每一個不受干擾的物體在相等的時間內經過相等的距離」這句話並不是一個同義反覆。它包含了一個能在經驗上給以證明的陳述，即一切物體當不受干擾時其運動均表現出一種確定的量的規則性（對每兩個這種物體而言，它們在兩時間點之間即兩時刻間所移過的距離之比是個常數）。為了確立這一定律的真實性，需要的是兩個重合的同時性概念，而不需要時間相等性的概念。因此，後者可以以下述方式來建立：使所描述的規則性得到一種特別簡單的表述。而上述約定恰恰就在於做到了這一點。

如果分析一下「不受干擾的物體」這一概念，就可看到似乎還存在著另一種支持約定論解釋的可能性。一個這樣的物體必須被看作是一個不受任何力作用的物體。但是，如何才能認清不存在力這一事實呢？人們爭辯說，只要通過物體的運動是直線的與勻速的這一事實就可以認識到。

但是，如果這個不受干擾物體的定義被包括在慣性律的構寫之中，後者就真的變成同義反覆了。上述推理的錯誤來源於一個其自身倒很正確的觀念，即認為物理量或值可以由該量所從屬的那種度量型式來定義。由於力須由加速度來度量，即用直線勻速運動的變化程度來度量，因而使人們相信，發現偏離這種運動類型就等於斷言「力」的存在。可是這種觀點是個錯誤的觀點，因為它忽略了下列經驗事實，即這種運動的變化只有當在實驗物體附近或緊鄰存在其他物體時才會發生。因此，我們必須把不受干擾的物體定義為充分遠離一切其他物體的物體。這樣，慣性律就成為關於自然過程的一個意義重大的命題。為了完全地說明上述錯誤，理解力的概念的意義是必要的。

在試圖獲得這一理解之前，我們先來簡短地提一提那種想用因果原理來說明慣性律的愚蠢嘗試。顯然，我們不能下結論說，只要不存在改變速度的原因，速度就必然保持恆定。因為如果那樣的話，我們就同樣有理由得到如下結論：加速度或位置必然是恆定的（後者頗與古代的推理相符）。可是任何導致矛盾的論證都是謬誤的。

力的概念很明顯是起源干使勁的經驗，使勁對於使一個物體發生運動是必需的，它的強度取決於該物體的性質。在構寫一個運動定律以說明這樣的經驗時，物理學試圖用一個唯一地取決於有關物體的總的位形的量來描述該運動；並且發現了這個量就是下列兩個因子的乘積，即試驗物體的加速度及稱為慣性質量的一個刻劃該物體特徵的常量。這樣，方程F=m·a就不僅是一個定義，它的意義表述在下列命題中：「量m·a是位置的函數，它唯一地取決於所參與的物體的構象（the constellation of the participating bodies）。當各物相距極遠時，量m·a就變為零」（最後這一句話表達了慣性律）。

我們取能量原理作為我們討論約定論的第二個例子。一個系統相對於某一初始狀態（I）的能量（E），除了用該系統由狀態（I）轉變到狀態（II）時所做的功（w）及所放出的熱（H）二者之總量來度量以外，沒有任何其他方法可以加以度量。方程E=W＋H似乎顯得只不過是量E的一個定義。但事實完全不是如此。相反，上述方程表達了這樣一個經驗事實：給出的功與熱二者之和唯一地依賴於條件I與II，而與轉變的方式無關。這一事實說明了永動機的不可能性。而這就是我們用能量這一專門名稱來區別出上述那個和的唯一原因。

上面所舉的這些例子表明，約定論者犯錯誤的心理原因是在於他們不瞭解物理學公式本身並不表示自然律，只有當這些公式與對公式中出現的量的意義所作出的解釋結合起來時它們才能表達自然律。的確，在約定的幫助下，人們能夠以一種純粹形式的方式宣稱某個句子為真——只要要求例如空間關係必須以歐幾里得方式來描述或物質必須被看成由球狀原子所組成。但如果去假定這類句子代表自然律那就錯了。

正好相反，真實的定律，關於自然的真正的命題，只有在下述情況下才會出現：即只有同時陳述必須首先增加哪些附加句子或輔助假設方能使該命題符合干觀察到的事實。這一點可簡略地表述如下：我們可以同樣好地使約定C1或約定C2，等等，成為描述自然的基本原理；可是它們中沒有一個講到關於世界的任何東西。關於自然的一個真句子只能由下述命題給出：「假定C1，人們還必須加上句子S1..，以便與經驗保持一致。」或者只能由這樣的命題給出：「假定C2，人們還必須加上句子S2..。」這兒存在著「句子」與「命題」的混淆。句子只有附加上定義（關於句子語法的陳述）才能變為命題。句子S1加上約定C1可能與句子S2加上約定C2代表著同樣的命題。單是句子或單是公式，就像一切符號一樣，都是約定性的；但它們都不是自然律。自然律僅僅被包含在命題中，命題的意義由語句加約定給出；它們在任何意義上都不再是任意的了。

第九章狹義相對論的基本思想

空間性和時間性量值的概念還沒有被包括在重合概念之中，它們僅僅是從重合概念中構造出來的。因此之故。就像我們已看到的那樣，對於空間性量值及對於時間相等性都需要新的定義。那時所假定的不同點上的同時概念則僅僅是從一個點上的同時概念引伸出來的。

對後者將不作更進一步的說明，它是某一類經驗的一個名稱。對於遙遠事件的時間次序只能借助於信號來決定。愛因斯但意識到這種決定所依據的原理相當於同時性的定義。下列兩種經驗材料導致了相對的同時概念：第一，不存在信號的無限大速度；第二，狹義相對性原理是真實的。當然，相對的同時概念是絕對無矛盾的。如果根據具體定義，任意選定某一物體作為參考架，並斷言一切參照該物體的測量乃是「正確的」測量，那麼就有可能保留一個絕對的同時概念。但是，（1）這種做法將是完全任意的，它不可能重演；（2）它將不得不引進新的假設（例如，不得不引入洛倫茲收縮的假設）以說明該參考系為什麼不具有可在實驗上加以鑒別的特徵。

另一方面，相對同時性的引入則遠為簡單，而且還符合下述原則，即自然律的構述中只包含可觀察量。這樣，就有可能在自然中認出一種絕對的次序並從中鑒別出那些依賴於描述（測量）方法的東西。類空差別和類時差別的某種重合次序是絕對的。另一方面，這一次序怎樣再細分為空間間隔和時間間隔則取決於參考系，亦即取決於描述的方法。

由於不可能找到一個優先的參考系，我們也就同樣不能把「以大」當作一個參考系，或賦予它某一運動狀態。因此以太就喪失了實體的特性。世界不是由實體、而是由有次序的事件體系組成的。在四維表示中，相鄰兩事件之間的間隔ds2＝dr2－c2dt2作為不受引力作用的位置實例，其中dr為兩事件間的空間間隔，dt為時間間隔）體現了世界的客觀的或絕對的次序。這樣，光速c對於時空次序來說是根本性的；它使世界的一致關係成為可能，從而在它（光速）之上建立起全部因果次序。

第十章經典物理學中的因果原理

因果原理，像通常所構寫的那樣，申言每一個事件都是某個原因的結果。原因與結果這兩個概念的內容不可能嚴格地轉述出來，因為自然事件是不能被孤立起來的。因此，「原因為與「結果」這兩個詞彙根本不出現在自然律中，我們有的只是用數學函數表達的事件間的相互聯繫。每一事件均被解釋為狀態的變化；每一狀態均由某些量值表明其特徵，而每一自然律則陳述這些量值的各種變化之間的關係，正是這些量值的變化描述了各種各樣的事件。在可能的場合下，量值的變化都被假定為無限小，此時自然律就表述成微分方程的形式。

由於微分定律是不能直接證實的微觀定律，在判斷這一認識方法的價值時我們必須謹慎。雖然如此，這種認識方法卻符合於下列的經驗事實，即一切觀察到的結果都是連接的結果，也就是說，每當可以表明一個事件依賴於相隔一定時空距離的另一事件時，在這兩個事件之間就總是有另外一些也依賴於它們的事件存在，而且其存在的方式是較大的時間間隔對應於較大的空間距離。這樣，經典物理學中典型的自然律是這樣的一種公式，它以某一點上事件對於其緊鄰事件的依賴關係來表示該事件，此即「場方程」。（「場」指的是一個空間區域，它的每一個點上的狀態完全由某些量的值所決定。）在場物理學中，力圖用這些量來描述所有的事件並從而也僅僅用場方程來表述例如原子及電子的過程。最著名的場方程是麥克斯韋為電磁過程所構寫的。但它們肯定不是對於任意小的區域都為真。渦環原子論也屬於場物理學的一種類型。

從這一觀點出發，因果原理顯得很容易在自然的四維描述中表達。它似乎斷言四維柱體的內部完全由時間方向上任意薄的任一截面及柱面（邊界條件）二者所決定。也可以說，由兩個純粹空間的截面及表面所完全決定。由此，雖然作為前面描述過的時空流形結構的結果，類時方向具有優先的作用，但過去一將來方向較之將來一過去方向並沒有更為可取的地方。這樣，我們無論說過去決定將來還是說將來決定過去都是完全一樣的。但是「決定」這個詞的意思是什麼？因果原理和決定論這二者的意義正好都取決於這一點。一事件為另一事件因果地決定，這無疑是這兩事件之間一種真實的聯繫；但這僅僅意味著在這兩者之間總是能發現另一些有依賴性的事件。雖然如此，我們一定得同意休漠的主張，即在兩事件間尋找因果鏈或某種粘合劑是毫無意義的。

研究因果性是否存在的這種探索只能被解釋為是探索自然律是否存在。因果原理本身並不是定律，它只表述了定律存在這一事實。但是，無論我是只陳述一條自然律，還是在該陳述之外再加一短語說「這條自然律是存在的」，我這兩種說法並沒有任何差別。因此，只要我們想把因果律構寫成定津是存在的這一陳述，我們便會遇到邏輯上的困難。

「事件的發生與定律一致」似乎意味著那種借助於四維柱體使我們能從一個已知的特定截面計算其餘截面的公式是存在的。但是事件的四維表示一旦給出，就總是可以找到能完成這一任務的公式。因此，如果定律無非是意味著利用函數表示的可能性，那麼凡是可設想的自然事件就都會按照定律而發生；這樣，斷言自然的規則性或合律性的因果原理就成了一種空洞的同義反覆。為了給這一原理以內容，通常試圖對函數加上一些限制條件：或是要求函數簡單，或是規定函數中不應顯含時一空坐標。這後一判據曾被麥克斯韋用在他對因果性的定義中。它與「同因生同果」這句話是等同的。因為它說的是一個自然過程總是有相同的結果而不受其發生的時間地點的影響。實際上，這兩個判據在每一條自然津中都得到滿足（雖然「簡單性」是一個極其含糊的概念；因此，要用作規則性或合律性的定義，在實踐上它們可以被認為是充分的。雖然如此，這種情況在邏輯上是不能令人滿意的，因為還是可以設想儘管這兩個判據都不滿足而事件卻仍被認為是因果地決定的情況。例如，只要人們掌握的公式總是對事件給出正確的預言，不管這些公式是怎麼起作用的，人們都會認為事件是因果地被決定的。事實上，預言的應驗永遠是因果性存在的決定性判據，但是，這具有純粹實踐的性質，並從而不適用於因果原理的邏輯構述。

經典物理學是決定論的。而按照決定論，未來可以完全由現在加以預言。在有關未來的命題方面，決定論同矛盾律之為真毫不相干——就像亞里士多德以及還有現代的邏輯學家們所相信的那樣１。按照矛盾律，一切關於未來的命題不是真就是假。按照決定論，其真假可以從關於現在的命題中演繹出來——這可完全是另外一回事了。

１ 此處，石裡克作為一個例子無疑暗指魯卡西維茨的著作——《論有關亞里大多德的矛盾律》，載《克拉科夫科學院通報》，1909年。

第十一章統計的研究方法

在經典物理學中，因果關係始終被看成是一對一的關係。但我們也必須考慮到多對一關係的可能性，即幾個不同的事件w1，w3，等等直至Wn將被看作是同一事件U的結果。這樣就涉及到自然界的某種有限制的秩序，其中奮不同類型可區別如下：

（1）n是有限的；

（2）n是無限的，但所有的w都發生在有限域中；

（3）n是無限的，w並不發生在有限域中，但在該域中有聚點。

這兒我們有了不同級別的秩序。現在的問題是什麼時候才允許談到無論何種秩序。看來似乎對這一問題的回答一定會為規則性或合律性提供一個定義，因為它將僅僅是對完全不規則性的否定。但是概率演算為我們給出了不規則性的定義：只要在極廣泛的觀察系列中出現了數據的某種平均分佈，我們就說那裡沒有秩序存在。籠統地說，這是這樣的一種分佈，在這分佈中，全部可能性裡面沒有哪一種可能性是突出的。這是用概率演算所作的構述，至於要回答如何才能把這種演算應用於實在，我們說，只有合律性的缺乏——或不規則性——才是由這種演算的為真性來定義的。由於概率規則的嚴格的為真性或有效性只有通過對實際上並不存在的無限多個事例的應用才能得到肯定，因此我們並沒有通過上述方法得到一個嚴格的合律性的定義。就像我們已經講過的那樣，不規則性遍佈於四維世界的類空層內，而類時纖維方向上的次序則為因果律所陳述。換句話說，只存在接續性定律，不存在共存性定律。

經典物理學把這運用於熱的分子運動論，例如，當陳述一定體積氣體的初始條件時，假定分子瞬時位置和瞬時速度的分佈是完全不規則的。在此假定下，對於這樣一群為數龐大的分子（此處分子被處理為遵從力學定律的彈性球體），演算出的最可幾行為正好就符合於經驗上發現的氣體定律。一個特殊的結果就是所謂熵定律的有效性——這一微觀定律，由於它涉及到宏觀自然過程的進行方向問題，從而在物理學中佔有重要的地位。

經典的微觀定律無論是屬於力學或電動力學，都不允許在較早一較晚時間方向及其相反方向之間作出任何區別，因此，唯一的選擇就是把過去到現在這一優先的方向歸因於自然的初始條件。而這就是從玻爾茲曼對熵的解釋中得來的結論，根據這種解釋，熵好像可以說是分子無序性的度量。對應子熵較大的宏觀狀態，能設想的分子分佈數遠遠大於熵較小的宏現狀態所具有的分佈數。給定的一個熵較小的狀態，根據分子無序性的假定——的確，這一假定別的什麼也沒有講——，該狀態向一個熵較大的狀態的轉變比任何其他事件都具有更大的概率。這樣，熵定律就是概率定律，它僅僅表述了在類空方向上無律性的這種不規則性的存在（這樣，它也就表述了共存性定律的不存在）。

如果熵定律具有通常歸之於其他自然律的那種嚴格的有效性，那麼星系誕生與滅亡這種宇宙過程就不會具有循環的性質了。後者即永恆循環學說在其極端形式下所主張的或象阿雷尼厄斯所描述過的那樣。但是如果該定律僅僅只具有可能的有效性（所謂布朗運動的現象使這一解釋似乎顯得是正確的），那麼自然過程在原則上就不再是不可逆的，而且時間的間隔越長，世上出現按照熵減少的方向進行的過程可能性就越大。如果宇宙是有限的，那麼這一點對於整個宇宙過程來說也會是對的，於是時間將交換過去與未來並沿著相反的方向展示一切。但是我們如果在這裡來研究這種說法究竟意味著些什麼那就未免走得太遠了１。

１ 比較」宇宙的時間性演化」（本書附錄第92頁起）。

第十二章新物理學的基本概念

經典物理學中使用的概念的結構基礎是由重合關係構成的，這些重合關係被認為是能直接觀察到的。但是實際上，這些重合關係是由某些知覺經驗所構成的，僅當有可能在被觀察的事物與觀察方法之間給出嚴格區別時這些重合關係才能被當作是觀察的客觀結果。嚴格他說，即使在經典理論中，完全精確的區別也是不可能的，這是因為兩者之間的相互作用總是干擾著被觀察的事物。但由於在原則上這種干擾可以根據要求而任意地減小——只要該相互作用是連續的——，因此，鮮明的區別至少在理論上是能夠作出的。但假如相互作用不連續——就是說假如在任何自然過程中（而觀察本身就是一個自然過程）要發生有限的能量交換——，這種區別就不再可能了。量子論的基本原理就是認為實際上發生了這一種能量交換，因此，根據量子論，觀察以及對自然的客觀描述這兩個概念就都是成問題的。這樣，主體與客體之差別這一古老的哲學問題又以確鑿的形式在這兒重新出現了。要決定什麼屬於觀察的過程，什麼屬於被觀察的過程，在一定限度內是任意的。這樣就發生了困難，要解決這些困難需要一種新的概念系統，這一系統必須保有和感官知覺的聯繫。

作為量子論基本事實的自然事件不連續性，首先為普朗克在輻射過程中發現。他的結論導致了隨後被確認無疑的假設，即頻率v只能在值為hy的能量量子中出現，此處h，即所謂普朗克作用量子，為一普適常數。在常用單位制中其值等於6.55×10-27。」

光以量子形式傳播的觀念同以前那種連續球面傳播的概念是不相容的。

因為按照後者，在離開光源極遠的地方，輻射能量密度可變為任意小，而按照量子論，小於hv的能量是不存在的。

所有觀察干涉現象的實驗儀器都表明光具有波那樣的性質。這是和經典光學一致的。但另一些實驗卻同樣清楚地顯示輻射的粒子性質。人們可能要推測存在著兩種種類不同的輻射，但這一假設是不能接受的，因為出現這一種還是那一種並不取決於光源而是取決於進行觀察的方式。另一種假設認為光源發射出一種可以說是中性體的東西，這種中性體只有通過被觀察或被記錄才會得到確定的形態。這一假設同樣是不能接受的，因為所謂波和粒子的區別其意義正好就在於傳播的不同。描述光的傳播所遇到的這些困難同那種試圖用玻爾原子模型來闡明量子的吸收和發射所遇到的困難是一致的。玻爾的模型僅僅提供了在原子內轉動的電子的能值與放出的輻射頻率之間的一種抽像關係。雖然這種關係使我們能夠對光譜的結構作出種種預測——它們都輝煌地得到了確認——，但是對於原子放射和吸收量子的過程它卻什麼也沒有告訴我們。它僅僅允許我們陳述說，這些過程的發生不遵從任何定律——換句話說，即這些過程的發生只受概率法則的支配。德布羅意把這種在輻射中呈現出來的波粒二象性提高到描述自然的普遍原理的地位。他認為，一切質量為m的粒子（按照相對論該粒子含能量mc2）都一定與一個頻率為v的波相聯繫，其中v由關係mc2=hv決定１。很快，實驗就確認粒子射線確實具有波的特性，並具有所預言的頻率。從此，這種雙重性質就被確立為基本物理概念的普遍屬性，並被玻爾稱為是「並協的」。

１ 德布羅意：《光學理論之舊途徑與新展望》，載《形而上學與道德評論》，41 [1934]

要消除上述兩種解釋的矛盾（相互矛盾的既不是實驗也不是事實——而只是解釋），只有在小尺度或微觀過程中放棄知覺映像。有一種觀點認為自然律的意義只能是為了預測的目的而在各觀察數據之間構寫種種有規則的聯繫。正是這種哲學觀點使海森伯放棄了所有的知覺模型而來尋求一種會達到所希望結果的數學形式主義。借助於這種數學形式主義，用時空方法不能解釋的原子狀態就可以用純粹形式的數字來圖解式地表徵了。另一顯然十分不同的理論是由薛定愕提出的，那就是「波動力學」。從波動力學可以把適用於大尺度現象的經典力學作為極限情況而推導出來，就像從波動光學推導出幾何光學一樣容易。在這理論中有一個滿足所謂薛定諤波動方程的量ψ出現，但該量在可以直接測試的最後結果裡又被消去了。薛定諤本人把ψ解釋為是對每一點上電荷密度的量度——這一解釋看來不切實際。另一方面，玻恩的解釋把每點上ψ的值看作是在該點發現一個粒子或光量子的概率的量度。這一解釋則較易為人接受。這樣說來，那種在波動中傳播的東西不是物理的實在而是概率的量度。對此，我們必須補充說，波ψ的傳播並不是在普通空間中進行而是在位形空間中進行的。所謂位形空間只是一種圖解式的輔助結構，其維數就等於存在的獨立坐標數。這整個理論是一種估計一定事件發生概率的極為抽像的方法——它不是一個模型。

後來人們發現，海森伯的理論與薛定愕的理論儘管在形式上完全不同，在物理上卻是完全一致的，換句話說，它們分別給出了關於實在的相同的命題。這是一個重要的例征，表明了一個普遍的真理：一個理論的本質僅僅在於它的邏輯結構，它的符號外衣或知覺外衣對於它的說明價值是很不重要的。

德布羅意和薛定愕的思想起源於那種想把自然中的粒子特性統統歸結為波的特性的願望，並從而把粒子及其運動可以說都看作是虛幻的，或者就看作是這樣的一些點，在這些點上波列與波列以一種十分特殊的方式發生干涉（即所謂波包）。與此相反，玻恩的觀點似乎是試圖僅僅把粒子和量子看作是實在的，波則被當作了一種輔助的結構。這兩種理論究竟哪一種是正確的？這個問題並沒有物理意義。不管何種情況，以光速運動著的量子和以較小速度運動著的粒子這兩者之間的區別還是存在的。粒子具有一種所謂靜止質量，這是量子所沒有的。根據德布羅意，與運動速度為V的粒子相聯繫的波，其傳播速度為W＝C2/V ，這樣，該速度就大於光速。但由於這並不牽涉到效果的實際傳播，所以它並不和相對論矛盾。恰恰相反，這些新的思想能使我們斷定說，世界上用來傳播一切效果的真實的速度只有一種，而所有其他的運動，或者可以說是虛幻的，或者就是第二性的，就像水面上波的運動，決不能把它錯認為是水的微粒的真實運動。

第十三章新物理學中的因果性

無論是粒子概念還是波的概念，它們本身都不能產生出事件的直覺的或圖像式的模型。按不同情況，這兩種互相排斥的描述有時這種有時那種會顯得最切實用。這一事實表現為：在根本上說來不可能有完全精確的觀察。海森伯的測不准關係給一切測量的精確度加上了這一類的限制，其大要是測量自然的任一要素或部分（例如電子的位置）時精度的提高，按照定律，將牽涉到另一要素或部分（例如電子的速度）測量精度的降低。該兩精度之乘積相當於一個作用量子的數量級。這一普適定律是從下列事實導出的，即觀察的效果或影響不可能像所希望的那樣任意減小，因此不可能在該二者之間作出鮮明的區別。因此，我們不能說通過測量總是可以精確地確定一個系統的狀態。但由於這種確定乃是嚴格應用因果原理的先決條件，從而現代科學必須放棄因果原理的絕對真實性而滿足於概率性的預測。這樣，科學就不再具有決定論的特性了。

以上這些話結束了石裡克遺留下來的物理哲學。手稿本中僅多了一條「生物學問題」及關於該研究的一些指示。

第十四章生物學的基本問題

有機自然的現象也一定要由定律來描述。我們到此為止一直在討論的自然律，無疑地對有機體是同樣真實的——這是得到普遍承認的。然而有些哲學家和生物學家主張在這些定律之外還有一些特殊的對生物有效的定律，而且例如還存在一種特殊型式的能量，這種能量為一切有生命的東西所特有而不顯示於無機界。這種生命自律的理論稱為「活力論」。那種與之相反的觀點，即認為一切生物定律均能被還原為物理原理的觀點，則稱為「機械論」，這是因為人們曾認為物理過程都可以還原為力學過程。今天，「機械淪」稱號已不再是一個合適的名稱了，使用「物理解釋」的講法要更好些。

但是生物學家們仍傾向於把物理過程僅僅看作是機械過程；而且，當在此基礎上獲得的對生物事件的描述不夠充分時，他們就想要求助幹活力論。

上世紀末，「機械論者」的理論佔著優勢。目前，廣泛流行的觀點是生物學定律不能還原為物理原理。為了盡可能清楚地指出在什麼方向上才能找到問題的解答，我們一開始將致力於求得一些標準，以使我們能判定在給定的情況下是否有生命存在。

第十五章生命的判據

在日常生活中，有機自然與無機自然之間的差別是很容易識別的。但在某些情況下，我們不能——或必須克服巨大的困難才能——斷定某樣東西，例如一粒種子，究竟是不是有生命。如果種子是陳舊的，在我們能看到是不是有什麼活的東西會從中生長出來之前，我們必須把種子播下。因為直到目前為止，還不可能用微觀的判據來代替這些粗糙的試驗；因此，生物學中通常應用的是後一方法。我們將舉幾個例子來說明這一點：

所謂發育力學的創始人威廉·魯說：一個物體如果具備如下特徵那麼它就是有生命的：（1）新陳代謝（物質被吸收，同化，異化和分離）；（2）生長；（3）主動的運動（為使定義更為準確，這兒把「應激性」亦即「感受性」的概念也包括在內，以區別於無機物的反應）；（4）生殖（繁殖或增殖）；（5）遺傳（親代與子代之間的相同或相似性）。這種說法把各個方面雜七雜八地拼湊在一起，但對於每一個個別情況它仍不足以用來斷定某一給定的物體是否有生命。

下面的一些定義都太一般化，從而也都是不適當的。「無論在哪裡，一有不穩定跡象，生命就存在」（杜波-雷蒙）。「只要存在那種作為生命標誌的特殊運動現象，生命就出現了」（海克爾）。這是一個循環的定義。「生命是對內部條件及外部條件的持續適應」（斯賓塞）。對此我們的回答是：這些話也同樣適用於物理機械。「活的機體都能自動控制其能量儲存，這些能量儲存對於它們穩定地維持其狀態是必須的」（奧斯特瓦爾德）。對此我們問：這一自動控制是什麼呢？

此外，人們還曾試圖從一些更明顯的屬性——例如物體的形狀——來推論生命的存在。這些屬性應能指明該物體究竟是過去曾經有過生命還是現在仍有生命。從形態學的觀點來看，一切生物均由細胞組成。一旦我們知道了細胞是什麼，我們就因而掌握了一種生命的判據。但即使是對於細胞，我們也只能列出一些十分粗糙的特徵。而且即使細胞能被精確地定義，也還存在怎麼區別活細胞與死細胞的問題。因此，我們首先必須各別地考察發生於細胞內部的過程。只有這樣，我們才能解決有機體內部的過程是否按純粹物理定律進行的問題。

巴斯德指出不存在生命從非生命發育出來的證據。他試圖以此在生命與非生命之間劃出一條鮮明的界線。後來，發現了某些化合物只在生物體內才出現，這一事實曾被認為是發現了有機與無機之間的進一步區別。由此，人們就想要證明：生命是一種製造這些所謂有機化合物的過程。有機化學被置干與無機化學對立的地位。但是，在1828年，一種名為尿素的有機物從無機物中製成之後，那種認為有機與無機的差別是在於它們組分性質不同的觀點，就不再能加以維護了。

很多有機物具有與眾不同的極端複雜的組成，這使得對它們進行合成特別困難。即使是一些最簡單的蛋白質，它們對於構成有生命的物質都是必不可少的，但它們也有著極高的複雜度。為了洞悉生命過程的最深處，我們必須在分子範圍之內在新陳代謝進行的時候來觀察這些過程。因此，毫不奇怪，在生命過程中我們發現有某些過程完全不同於我們在日常生活中遇到的那類過程——就像在感受性這一例子中遇到的情況。可能只是量的差別的東西，一開始給人的印象卻是有著根本性的不同。儘管如此，複雜性在質的方面仍然是物理的，這表明物理的方面起著何等重要的作用。

由於無論根據組分還是根據形式，都不可能確定生命與非生命的之間的本質差別，那麼這種區別只有在過程中才能被發現。活的原生質中發生的過程不同於死的原生質中發生的過程；但要回答這些過程是什麼，我們的知識還不夠充分。

如上所述，有機與無機間的差別暫時得由宏觀的判據來給出，而生物學家則可以從這些判據開始。我們所需要的是這樣一種判據，它能在任何時候應用於任何物體——例如應用於一粒種子。如果我們知道終極的微觀過程，我們也就知道有機物是不是僅僅只服從有機定律，還是它們也同樣遵從其他定律。只有知道了這些之後我們才能確定這些定律是不是允許有機物從無機物中發育出來。另一方面，如果我們只知道生命起源於何時何地，我們仍然不能解答生命物質中的過程是否遵從純粹物理定律的問題。

這樣，在研究的現階段，我們還說不出區別有機體與無機體的根本性質是什麼。要發現這種區別，只有對生命現象進行徹底的考察。在這一方面是沒有捷徑可循的。過去人們總想抄這一類的近路而同時卻不知道生命體最微小的區域內發生了些什麼事情。人們曾相信，只要發現生命物質能從非生命物質中產生出來，就會證明有機物僅僅遵從物理定律。但即使做到了這一點，那也並不是一個使人非相信不可的理由。同時即使能夠從溶液中製造出有生命物質來，對於所討論的主要問題我們也不會知道得更多一些。因為用這種方式創造出生命物質，對於生命僅僅服從物理定律這一點來說，只不過是一種徵象而不是什麼證明。為了判別這一問題，我們必須對於生命胚種怎樣從溶液中產生這一過程具有精確的知識。

第十六章活力論

當人們還相信是組分的差異使有機界和無機界相區別的時候，也有人認為在一切有生命物體中存在著一種特殊類型的力，稱為生命力。這種生命力是特殊的有機化合物的本源。這就是「舊活力論」，其中完全不涉及該生命力的規則性或合律性。因此，該理論結果只不過是斷言有機物與無機物生來就是不同的；它不是一個科學的理論。

後來，有人試圖用某種具有更大哲學意義的東西來代替生命力。有一種現代活力論主張生命與非生命的區別在於生命含有意識（靈魂）。這是「精神活力論」的理論。現在，有些哲學家相信從根本上說來任何東西都是有意識的；如果這是真的話，很明顯，精神活力論所作的區別也就不再站得住了。但即使拋棄這一泛精神論。利用意識來給生命下定義也肯定是一種行不通的辦法。那種稱為睡眠及無意識的狀態似乎證明了生命與意識相互依存的斷言是虛妄的。當然，針對這一說法可以提出反駁說：上述那類狀態所缺少的只是中樞意識；而另一方面，細胞則繼續具有意識。但這些都是不著邊際的推測。事實仍然是：生物學研究並不把意識現象當作生命的判據。

有機界與無機界的區別只能在於過程的規則性，——這是一個已為新生物學認可的事實。

而且即使在人們的注意力集中於組分之上的時候，也還流行著一種思想，認為生命的本質要在生物所遵從的特殊形式的定律中去尋找。因此，費爾伏恩的理論堅決主張，生命是與一種我們不知道的複雜物質相聯結的，稱為感受性的那種特殊類型的行為就是該未知物的屬性。這種物質，由於其原子的特殊構象，被認為呈現著生命的特徵。這兒所說的已不是一種在本來意義上的物質問題，因為這東西被認為是以一種特殊類型的合律性來與其他東西相區別。這一理論就其本身而言雖是可以被接受的，但由於我們在自己的經驗中找不到對之進行檢驗的辦法，因之它仍然是懸而未決的。按照這一理論，使活的原生質與死的原生質相區別的乃是不同的組成。

對於支配有機界的定律的形式，我們能說些什麼呢？首先，在回答有機界與無機界的定律是否相同這一問題時，提出了一些建議，但並沒有能導致問題的解決。

很多人從能量原理出發，探討該原理對於有機體的情況是否為真。對於科學來說這雖然無疑是一項重要的工作，但對於哲學。這類研究並無多大意義。因為我們既已從經驗中知道有機體並不是一台永動機，那麼有機界是不可能不遵從能量原理的。現在實驗已經表明這一原理對有生命物體確實是真實的。達到這一結論的第一次實驗是1894年由魯布納在動物身上和1904年阿特沃特在人體上作出的。總的說來，這些實驗確立了能量原理對於生物的真實性。但由於所比較的只是相隔較長時間的初始能量效應及最終能量效應，因此有可能在短時期內，能量既創生了又消滅了。從大尺度的觀察也不能演繹出任何關於小尺度事件的結論。

與這些研究相關，唯能論的代表者們主張這樣一種觀點，認為生物中存在著稱為活能的特殊類型的能量。即使唯能論並不是早已過時，這種觀點也不會具有什麼科學上的重要性。只有在知道了度量活能的方法之後，活能這一假設才是合理的假設。但從來也沒有過這種方法的影子。根本不可能提出活能作為一種特殊類型的能量。而且假如真的是存在著一種特殊的活能，生物學就將只成為物理學的一個特殊分支，而我們也還是沒有權利把有機定律與無機定律對立起來；二者之間的區別將和物理學各分支間存在的區別具有相同的性質。

有一些生物學家致力於在支配生物的定律中發現某種無機界所沒有的要素。這一要素和有目的性的概念一起被當作有機體的特徵。大多數活力論的生物學家，帶著他們的目的論觀念，追求的是一條妨礙他們回到物理學領域裡來的思路。他們的論點粗略地說就是：一切有機體的終極目標是個體及種族的保持。有機體內所有過程都是以一種使該有機體得以維持下去的方式而互相聯鎖著。有機體的再生能力可以被當成是這方面的一個例子。但我們在沒有有機體（個體）的無機界裡卻找不到類似的情況。當然，我們可以把行星系看作一個個體，甚至就看作是一個有機體，它具有再生的能力，——這裡，再生能力一詞應指受干擾時的恢復能力，例如，當有彗星通過時的情況。但對於有機體，自我保持的能力則遠過於此。有機體內的過程是相互協調的，一旦受到傷害，某些排除損害的過程會自動開始作用。這些過程可以被稱為是目的論的過程。現在，很多生物學家斷言目的論的概念包涵了意圖的概念。

但「意圖」是一種在意識中預期的行動結果，因此，只有當有意識存在時，談到「意圖」才有意義。事實上，有些活力論者主張只有在存在意識的地方才能提出目的論來，並因此而主張一定要把意識歸之於有機體。對此，我們可以反駁說，即使不先假定一個意圖，也還是有可能定義目的論的概念並加以應用。觀察僅能告訴我們，當有機體的平衡被破壞時，某些過程就在該受影響的有機體內開始動作，其動作的方式正好造成這樣的最終結果，即使得該有機體或種族在外來干擾下得以保持。這一事實成為試圖在機器與有機體之間尋找一種根本差別的基礎。這也就是杜裡舒的思想。為了刻劃出上述過程的特點，他把這些過程稱之為「類精神過程（Psychoids）」。通常的論點是這樣的：機器的構造方式是每一個零件只完成一種確定的功能，該零件損壞，該功能也就喪失。另一方面，有機體則把受損的部分重新修建起來。我們無法構造一台機器，使它的不同零件能互相代替；機器的每一零件都有其功能，它不能承擔其他零件的功能。對此我們可以評論說，即使我們這樣定義了機器，我們也只不過是定義了我們所說的機器指的是什麼意思，我們並沒有因此而陳述了任何東西。下列假定仍然沒有得到證明，即認為不可能設想一個物理系統，一方面無例外地遵從物理定律而運轉，另一方面又同時具有有機體的再生能力——這一假定仍然沒有得到證明。沒有一個普遍的超級原理可由之而演繹出上述那種機關或裝置的不可能性——甚至連類似於這種證明的東西也沒有。只要把我們的各種器械想像為不是由剛性材料而是由象肌肉似的塑性物質構成的就行了。不管怎樣，完全可以想像，人類也許會構造出一種裝置來，在該裝置中每個零件完成幾種不同的功能。

在過去關於有機界有目的性的討論中，常常可以聽到這樣的論點：當我們發現了一件工具，我們就下結論說該工具是為某一確定的目的而製作的；類似地，從有機自然的有目的性這一特點，我們必然要推論到造物者（神，隱得來希）的存在。然而，這兩種情況是有區別的。立具的目的在其本身之外，有機體的目的則在有機體本身之內，而且在於其本身的保持。沒有證據表明有機體各部分之間的相互調節不是由純粹物理定律決定的。當生物學家對此答覆說：物理學的盲目的力和定律對生物學是不夠充分的，有機界的力是有目的性的；則我們也可以回答說，用這種方式來區別這些力是荒謬的。

力的原始概念本身就包含了目的的觀念，但這種被賦予了人的特點的概念已被物理學的純化作用所廢除了，因為人們認識到，這樣做沒有能說明任何東西。同樣，假定支配著有機物的那種有目的性的力也沒有能說明任何東西。有目的性的力這一概念的內容不是空洞無物就是被賦予了人的特點。

雖然如此，某些科學家，就像活力論者約翰內斯·賴因克，仍然保留著這種混亂的觀念。賴因克認為當他引入一種生命原理來代替生命力時，他已取得了進展。他的原理不能應用於原子而只能應用於極複雜的結構物。引入了一些新的力，這些力被假定為不同於物理學上的力。賴因克把組織性、生殖和心靈當作生命原理的基本要素，而且認為生命原理與能量原理是等同的。他試圖把生命自律建築在目的論的基礎之上，引入了一種目的論的力，這些力造成了特殊類型的事件——目的論的而非因果性的事件。賴因克還談到支配者，這指的是一些有目的地起作用的力或定律，因果性事件是從屬於它們的。身體的每一部分，例如眼睛的每一部分，而且還有整個眼睛，最後以至整個有機體都有它們自己的支配者。但是這種支配定律的觀念是不能應用於自然科學的。因為只有當自然律被看作類似於人類的戒律時，才可能對它們應用高級與低級、長官與部屬這類相互作用的關係。只要認識到自然律不過是事件實際進程的普遍描述，這種被設想為控制一切其他力的支配者的概念就還是懸而未決的。如果活力真的是存在著，那麼它們不是比物理力更高級，可以說，它們與物理力是同等級別的。

杜裡舒也認為物理定律用來解釋有機事件是不夠充分的。他試圖用一系列論點來證明生命自律，其中最重要的論點是主張有機體不是機器。他用實驗表明，如果把那種處在有機體的某個部位時會發育成眼睛的細胞，移植到另一個通常是生長耳朵的部位去，那麼這些細胞長成的是耳朵而不是眼睛。因此，有機體的各個部位是可以互換的。杜裡舒把這種系統稱為詣勢系統。現在，機器可以指兩種不同的東西，一種是無例外地遵從物理定律的系統，另一種是其中每個零件都有一個確定功能的系統。杜裡舒把一個概念轉換成另一個概念而沒有證明這兩個定義是等同的。而他整個的論證要依賴於這兩個概念的等同。

杜裡舒的第二個證據是基於目的論的一個特例，其中，感受性的問題佔有一席之地。屍體以一種確定不移的方式發生反應；與此不同，有機體能在不同條件下對外界刺激發生不同的反應。刺激和反應在其各個部分中並不都是均勻同質的，它們只有作為整體來說才是如此。在無機自然中，相同的刺激總是引起相同的反應；在有機自然中，按照杜裡舒的說法，情況就不是這樣。他用電報作為例子來說明這點：電文「約翰在家過完了一天」引起一種確定的反應，該反應既不依賴於電報的外觀，也不依賴於電文的措詞：但假如修改一字（把「一天」改作「一生」）就會引起一個全新的反應。對這類例子，杜裡舒談到一種「有機體反應的歷史基礎」。針對這一論點，我們可以說，這類例子並沒有排除用相同的方式在無機領域和有機領域內解釋反應的可能性。即使在無機領域，刺激的極小差別也能產生完全不同的效果。為了解釋有機體中刺激與反應的不同，只要設想一種十分複雜的機械裝置也就行了。

杜裡舒有一個想法是正確的，而這正是問題的核心。杜裡舒認為：在所有證明生命自律的實驗中，主要之點是要在十分相似的條件下發育出十分不同的東西來。現在，假如沒有可感知的不同——亦即，存在於空間的東西並無不同，那麼就必須假想一個新的原因，這一原因由於它的非空間性而與物理事物相區別。任何物理事物都一定處於空間性的坐標系內。假想的非空間性原因被杜裡舒指稱為生命的內部自律——或者換個名稱，叫隱得來希。為了證明生命自律就一定要表明，有機體中在相同的條件下，不同的時刻能發生不同的事情。但是，上面所給出的細胞移植（眼睛——耳朵）的例子並沒有提供這種證明，因為該例中決定發育的是不同的環境；因此，這是一種空間性的處理，我們沒有理由假定有非空間性因素的存在。

在有機界中，無論我們考慮生殖、遺傳、明顯自發動作等現象還是考慮任何其他事實，我們找不到什麼問題是專門科學——生物學，以及間接地，化學與物理學——所不能解決的。這些問題中沒有一個會造成任何原理上的困難——認識論的困難——以至於其解決需要哲學的幫助。對於遺傳性的問題，的確有人說過，一個擁有其全部特性的完整的個體如何能包含在像人類精子那樣微小的物體之內，那是不可想像的。但是從認識論的觀點看來，這並不難於理解——它根本不是什麼奇跡，——因為一切量值的相對性告訴我們，物質的最微小的粒子所可能有的相互區別正如人體所可能有的一樣多——亦即具有無窮的多樣性。一切所謂的生命現象之謎，可以說，僅僅只不過是量方面的困難：它們並不是由生來分隔的領域之間的聯接所產生的。這樣，對於自然哲學而言，有機體不過就是一些特殊的具有複雜結構的系統，它們被包含在物理世界圖像的完美和諧的秩序之中。

關於量子論與生物學的關係，請參閱石裡克的論文《量子論及自然之可知性》（《論文集》維也納1938；再版於《定律、因果性和概率》維也納1948）。

附錄一必然性與力（第三章的補充）

在思想史的初期，自然概念的內容更多地用人性的形式來表示。其時，原因被看作是一種努力，一種奮鬥；人們認為這種努力或奮鬥，可以說，根據必然性從其自身中排出了結果。因果關係被設想成是聯結原因與結果的真實環節——這是休謨在他當時即已抨擊過的觀點。到了晚近的階段，那種認為結果是由原因通過某種決定之類的東西而不得不產生的神秘觀念，被馬赫稱為拜物教的殘餘。馬赫整個地拋棄了因果概念而代之以「函數的」依賴關係（模仿數學中使用的術語）。但是實際上這僅僅只是名稱的更換而已。很難理解，為什麼自然中的實在的依賴關係，只能僅僅被當作數學上的邏輯概念性的關係而不能被指稱為「因果的」關係呢？特別是原因與結果概念的定義完全可以和拜物教不發生關係。

在我看來，遠為危險的是擬人論或拜物教；它們是那麼容易和自然津這個詞聯繫在一起。「律」這個字容易引人誤解，因為它本來使用於人類社會，指的是一種統治機構的法令，用以強迫被統治者接受某種一定的行為類型。「律」這個字正是在這種用法上被借用過來的。但是自然律則決不是加於自然的一種法令，決不是對事物實施什麼所謂強制並要求事物加以服從的。自然律只是一種單純的公式，它描述自然的實際行為而不是規定自然應當成為的模樣。

因果性的概念包涵著必然性的概念，從而自然律的概念也包涵著必然性的概念。但必然性概念的真正意義是什麼呢？它不再指強制之類的東西（這是「自由」的對立物，它意味著有意識的存在物的努力或奮鬥），而是指一種規則性（這是「偶然」或無規律的對立物）。這兒，必然性指的就是普遍有效性，既不多些也不少些。這句：「A 必然隨著B 而發生」就其內容而言和句子「每一次只要狀態B 發生，狀態A即隨之而發生」是完全等同的。前者沒有比後者多講了任何東西。由此可以看到，在自然界，只有當相同的事物在某種意義上重複發生時才存在因果性、定律或必然性的問題。只有當相同的（或至少，類似的）過程能在不同的地方、不同的時間發生時，陳述「A 每次都隨著B 而發生」才有意義。自然的均勻同質性乃是定律概念存在的必要條件。這一個觀點應該說沒有什麼地方可以使人感到奇怪了——因為全部知識，並因而也包括了自然律的構寫，都是以世界上各種類似性（同一性）的發現為基礎的。

和那種由於原因及必然性的概念所造成的錯誤相比，類似的錯誤也往往作為另一個概念的後果而產生，——這就是「力」的概念，它有時甚至被拿來與原因的概念相提並論。即使在今天，人們有時還相信力是自然事件的真正原因，並從而不自覺地想像有某種類似於意志的東西在那兒竭力奮鬥並指向某一目標或目的物。由於觀察到手一鬆石塊就以一定的加速度落到地上，人們就把這歸因子地球的「重力」，正是這個地球「力圖」把石塊拉向自己。基爾霍夫，尤其是馬赫，十分正確地指出，像這樣的擬人論的概念，不管從力這一概念的起源來看是如何容易得到解釋，它們與物理學卻是毫不相干的。力這一概念的起源無疑是來自肌肉的用力，這種用力是人在試圖移動物體時所體驗到的。人們觀察到越是要使移動加速，為移動物體所必需的肌肉的用力也就越大——此外還取決於一個由物體性質所決定的因素，該因素稱為「質量」。這樣，質量與加速度的乘積被定義為力的度量。（這樣下定義的是牛頓。）

要是我們，舉個例子來說，確定了某已知質量的帶電粒子在某電場的給定點上具有的某種加速度，我們就能——按照定義——說，在該點上正有一個力作用於該實驗粒子，這個力等於粒子的質量與加速度的乘積。但顯然，我們絕對不應當設想在電場的該點上存在著一種「奮鬥或努力」，正在用足力氣把這個粒子不是拉過來就是推開去。我們所能作的唯一斷言就是，在該點上呈現著某種狀態，或者發生了某些過程，而這可以被認為是造成加速度的原因。要是我們想要把「力」與這一原因等同起來，那麼力就只不過僅僅是場過程本身的一個名稱，而這種命名法將是極不適當的。要是我們不把「力」這個詞解釋為指一個過程，而是用它來指過程中的某種規則性，那麼這就和物理概念結構的意義符合得更好了。下面我們就來說明這一點：

人們曾經一度認為力不是什麼別的而只是運動的一種任意的度量，它等同於質量與加速度的乘積，此外再無別的意義。但是這樣一種觀念是很難成立的。力不是一種單純的度量，它本身就是用上述的乘積來度量的。力（在我們的例子中）不是被設想為某種處於物體本身的運動之中的東西；而是某種既在運動的原因之中，又在決定運動的場過程之中的東西。舉例來說，上述結論可以從下列事實得出：當代力學（愛因斯坦力學）已不再認為力＝質量×加速度這一方程普遍有效，而只是認為該方程在速度極小的場合近似地有效。如果問題是一個完全任意的定義問題，那就不可能是這樣。實際上，在這一爭論中我們有十分確實的經驗材料的支持，例如（理想地表述）如果兩個不同質量不同速度的粒子，先後置於相同的外界條件之下——例如，在某電場中的同一點，——它們的行為會有很大的差別。但由於我們把「力」理解為某種類似於場的狀態的東西，我們就可以說：該點的兩個粒子都受到同一力的作用（其時假定粒子的存在對場的狀態沒有可察覺的影響）。這樣，為尋找力的一種度量，我們必須觀察在該兩物體不同行為的全過程中哪個量是保持不變的。於是我們發現，這種量的一級近似就是質量與加速度的乘積。舊力學中用這一量量度力，其合理性就僅在於此。（我們暫不考慮質量概念的定義中出現的各種困難。）而在新力學中，這一乘積被一更為複雜的表達式所代替，因為人們瞭解到新表達式代表了在兩種場合下取相同值的一個最簡單的量。——誰要是不熟悉這個電作用力的例子，就得把這兩個粒子想像作是與一彈簧相接觸，該彈簧正從緊張狀態中鬆開，而且彈簧的狀態對於兩個粒子都是相同的。這時我們就能說，在兩種情況下，同一個力（彈簧力）作用在兩個物體上，並再次尋找在兩種場合均具有相同值的量。這樣，我們就發現了力的度量。但是像這樣一種度量單位或標量值的相等性正是規則性的表現——是彈簧中（或對於我們前面的例子是電場中）那些過程之規則性的表現，而這些過程我們可以看作是所觀察到的受力「作用」的試驗體加速的原因。據此，我們主張，決不要在任何意義上把「力」當作原因，而應把「力」看作是因果過程規則性的表現。

我們對力的概念的解釋是以下列經驗事實為基礎的；這一事實就是「超距作用的力」並不存在，存在的作用只能是從一處到一處或從一點到一點連續地傳播的作用。要分析力的概念，我們只需要考慮受力作用的粒子的直接鄰域，而可以忽略它當時的狀態對較遠鄰域的依賴。如果自然中突然出現了超距作用，事情就大不相同了。此時，為了定義力的概念，我們得要考慮全部有關物體的總的構象，而力就得被設想為是對這些物體總的行為規則性的描述。這一想法的困難無疑使科學家們在很早的時期就對超距作用的假設抱有反感，他們以先天的理由宣稱超距作用是不可能的。他們在反駁這一假設時用到這樣的語句：「物體不能在它所不在的地方作用。」對此，應當明確他說明，超距作用的不可能性是不能從哲學上加以證明的。只有經驗似乎告訴我們這樣的東西並不存在，而且描述自然事件之間聯繫的更實用的方法是假定在每一點上這些事件都唯一地取決於它們時空鄰域內的其他事件。

１ 摘自石裡克：「Naturphilosophie」（《自然哲學》），載德索爾編《哲學教程》，第二卷《哲學在其獨自的領域中》，柏林O.J.（1925），第434—437頁。——由於此後幾節所轉載的文章中引用到我們未予轉載的章節，因此不得不對之作了某些無關緊要的更動。

附錄二原子的概念（第五章的補充）

（一）機械原子論

常量，或不變量，被認為是自然中一切變化的基礎，是一切感官知覺可及的物體可變特性的自我同一媒質。它被稱為實體。現在，這個自我同一的本體是什麼呢？要說明它需要些什麼概念呢？每一種更準確的指稱都只不過是對屬性的再次陳述。因此，如果我們希望實體不應是那種無法直覺地表徵、無法進一步規定的東西，希望它不要僅僅停留為一個公設——知識的最後止步點——，而應該成為說明某種東西的真正手段，那麼，根本之點就在於要規定它的基本性質。因為很明顯，其性質不為人所知的東西，對於說明是毫無用處的。而且，這些性質或屬性，必須是不變的、恆定的、自我同一的——因為它們的作用是要表現實體的本性。這樣，就清楚地表明了說明自然的方法和可能性。人們必須把可見實體的可變性質想像為是從原始基體中的那些不影響其基本屬性的過程中產生的，而且可以歸結為這一基體。而運動似乎就是一個滿足這些要求的過程。但是運動著的基體有哪些基本特性或特質能看作是不變的呢？它們不可能是有形物體的可感覺的性質，因為這些性質都會變化。溫暖流動的水凍成冰就變得又冷又硬；事物的色香味隨著不同的感知條件而起變化。那麼什麼是保持不變的呢？希臘哲學家留基波和德漠克利特在被迫放棄了所有「主觀的」感覺性質，就像紅、熱、甜等等之後，不得不把「充滿或佔據空間」當作留給物質的唯一性質。事實上，這一性質似乎是必然的剩餘物了（因為在思想史的那個階段，所考慮的只有圖像式的東西），而且它對於圖像式地解釋不同物質的行為也似乎是可以勝任的。

１ 見上引書，第406—422頁。

做到這一點是靠了原子理論的幫助。這一理論就在於要假定實體或物體的廣延實際上並不真的是完全充滿著實體的連續的空間，它們是由非常小的不能再進一步分割的部分組成的。後面這樣東西的根本性質在於「佔據空間」。按照這一定義，兩個物體不能同時佔據同一空間——除非它們是同一的東西。換句話說，實體是「不可入的」。至於在這些完全充滿物質——原子——的微小空間之間，則是虛空的空隙。對於輕而能滲水的物體，可以認為這些空隙較大；對於堅實沉重的物體則認為原子是緊緊擠在一起的。當然，個別的原子相互之間在質的方面分不出區別，因為實體的本質——即充滿或佔據空間——對它們全體都是一樣的。它們之間可能有的差別僅在於它們所佔據的空間的大小和形狀以及它們的位置和運動。德謨克利特認為，原子都有一些凹陷和凸起，還帶著種種鉤和環，從而它們能多少是牢固地聯結在一起，並相聚成形而表現出氣、液、硬、軟等物體的特性——儘管結構物中的原子全部始終保持絕對的堅硬和不變的形狀。

與此同時，從認識論的觀點看來，這一原子的理論有一個優點，這個優點無論怎麼評價也不算太高：它提供了一幅完全不存在任何質的差別的世界圖像。所有自然中的質的差別都被大小、形狀和運動的差別所代替——換句話說，都被數值的、可想像的、量的測定所代替。這一點當然是對自然知識作任何一種數學構述的基本條件，並因此也是使用那樣一些方法的基本條件，這些方法使物理學在研究實在的科學中上升到了最高的位置。因此，古代的原子理論有著非常高的目標，這種目標憑它所掌握的簡單手段是不可能達到的。

當道爾頓把中世紀時實際上已被遺忘的原子論引進近代科學時，它是以相當謙虛的形式露面的。它並不宣稱能從所有原子在質的方面相同這一假定推論出物質的所有性質——換句話說，它並不宣稱物質的所有性質均能從僅僅一種物質的原子中派生出來。它當時只是滿足於有多少「化學元素」就有多少種不同的物質——而在當時，這可是一個很大的數目。另一方面，這個新理論較之舊理論有一個極大的優點，那就是借助於它的假設，它能定量他說明大量化學事實。簡言之，它能引用經驗事實來支持和證明原子論的真實性。

但是，對哲學發展來說，比這一物質的概念更為重要的是原子論隨後在專門的物理問題上的應用。先是應用於所謂機械物質論，尤其是「氣體分子運動論」上。和任何其他物質相比，氣體的有規則行為要更為簡單一些。它可以從下列假設在數值上很精確地演繹出來：這一假設是：氣體由極小的微粒組成，每一微粒均按力學定律自由地運動著，並遵從慣性定律在空間畫出直線的徑跡直至與容器壁或與其他粒子碰撞。這一理論為熱的本質提供了一種貌似有理的解釋。它標誌著一次相當大的進步。按照這一解釋，氣體的溫度，（一般地說，任何物質的溫度，）既不多也不少恰好就是這些粒子的平均「活動力」（或動能）。

為了使這一理論完整，必須給這些粒子（原子或分子）一種新的性質，即完全彈性。這意味著在粒子與容器壁的相互碰撞中，一定不能有絲毫的動能損失——舉例來說，微粒從器壁彈回時的速率必須正好等於它撞上器壁時的速率。但對這樣一種機制的設想很自然會包含著困難。

在經驗中我們沒有遇到過完全彈性的物體，這是事實。但這一事實無關緊要。在原子理論中一定要作為假設來假定完全彈性體的存在。但是，碰撞的過程又該怎麼來想像呢，彈性，僅僅存在於可以發生形變或畸變的物體或實體中。兩個彈子球在相撞的頃刻稍稍變扁了一些，但隨即再度恢復它們原來的形狀。正是通過這一恢復，它們才被彈開了。對於原子碰撞的情況，如果假定，當它們的表面在某點相互碰到時，它們立即分開而沒有任何形狀的改變，那麼，這一無限快的速度反向的不連續過程將意味著對力學定律的違背。但另一方面，如果同意原子發生壓縮，那麼原來的實體概念就得放棄了。因為如果同一實體，在形變的狀態下比之未形變前充滿較小的空間，那麼它的基本性質就不再能用「佔據空間」這一指稱來表徵了。因為對於實體佔據空間時的緊密程度或密度必須給以附加的陳述。

而這就要引入一個關於實體的新的質的定義，而它對於彈性的說明不會有任何貢獻。因為對於有形的物體，可壓縮性與密度的不同均可由完全剛性的原子之間的間隙或空隙的減小來說明。但對於原子本身來說，這種說明是不可能的，因為原子是緊密無孔的。容易看到，為了想使原子理論完善，原子內部結構這一問題是迴避不了的。只要認為實體就僅僅是佔據空間，那麼這一問題就總是引起矛盾。當然，如果在化學中，化學元素的實體真的被看作具有不可歸並的不同性質，那麼上述概念無論如何都是會被拋棄的。但是這種看法無疑地只是暫時的，而且下述信念，即隨著知識的進步這些性質或特性的數目將會進一步減少，卻從未被拋棄過。在此情況下，只要人們還在尋求機械的說明，矛盾就會變得突出。

這些困難本來是古代原子理論所固有的。舉例來說，如果原子象德謨克利特所設想的那樣配備著鉤子，我們將有理由問：為什麼這鉤子不會折斷？我們能想像鉤子的折斷並問：是什麼把鉤子和原子的其餘部分聯在一起的？為什麼在概念上可以分割的結構物在物理上卻不可分割呢？德謨克利特的原子看來好像其所有各個部分都是由無限大的力聯接或絞合在一起的。而且，即使允許談論這樣的力，它們將在原先的實體概念中引進一個會使這概念失效的外來要素。我們就這樣到處遇到困難，要避免這些困難只有放棄舊的思路，尋求另外的途徑。原子理論與物質概念，——這兩個思想在它們到目前為止所採用的形式下是不相容的——二者之中必須放棄其一。下面我們來考慮第二種可能性，即通過放棄實體僅僅是「佔據空間」這一概念，力圖對物質構造獲得一種更令人滿意的想法。

（二）動力原子論

把原子看成是剛性的充滿空間的結構物這種思想，就像我們已經看到的，一旦試圖在符合基本假設和力學定律的條件下描繪碰憧過程，就會遇到困難。那種使原子在碰撞之後彼此分開所必需的力，不能從僅僅佔據空間這種實體概念或從不可人性演繹出來。但是，如果事先假定原子之間存在著一種斥力，當原子之間空間間隔越小時這一斥力就越大，那麼上述困難就能避免而且過程也就可以認為是連續的了。（萬有引力的經驗材料所提示的理論——即原子之間相互吸引——並不一定是和上述假設相矛盾的，這一理論只需要在較大的距離上為真，當距離較小時吸力可轉為斥力。）當兩個原子相互接近時，這樣的力就使它們的速度減小，直至達到靜止狀態，之後，就會發生反向的運動——這一反向運動在兩微粒接觸之前就會發生。這是一個全部符合力學定律的完全連續的過程，它之成為可能是由於引入了一種全新的動因，其形式是原子力。

這樣，實體的概念由於加進了一些力而擴展為某種不同於僅僅佔據空間的東西。但要是我們問，原來作為實體本質的「佔據空間」現在還起些什麼作用，回答就是毫無作用！它已不出現於上述機制的任何部分中。極小微粒的大小和形狀已無關緊要，它們可以像你所希望的那樣或大或小（只要其大小保持在某一限度之內），而不使過程的進行受到絲毫影響。根本不存在與原子表面接觸的問題。因此，它的形狀和廣延就沒有任何影響。在原子的科學說明中所有必須加以考慮的就只是從原子中發出的那些力。原子的充滿空間或佔據空間的物塊或軀體已不再用在任何種類的說明之中——它最多只是用來作為力的媒質或中心罷了。在這樣的外觀下，原子根本不需要是廣延的，因此充滿空間的實體這一假設就是多餘的了。這樣，其結果就是實體概念的意義完全改變了。因為對於那種在理論中無處容身從而也不能加以檢驗或證明的性質，唯一正確而誠實的做法是不去斷言它的存在。如果原子真的僅僅起一種力心的作用，那麼就應該僅僅把這種作用包括在實體概念之中，而不應該畫蛇添足地硬把佔據空間也拉進去。

於是，我們達到了這樣一種觀點，即把物質想像為是由點一中心——即所謂博斯科維奇原子——所組成，各點一中心之間作用著某些力；或者寧可這樣說：物質由中心所組成，中心的基本性質完全由這些力的作用所構成。由此，實體本身不再是廣延的，而物體的廣延則僅僅在於組成該物體的點原子由於斥力而保持分離。這就是「動力物質論」，該理論把廣延歸結為力，這些力又被看作為構成了實體的基本性質。與此相反，德謨克利特的舊原子理論則追求從廣延演繹出粒子間的作用力來——這種企圖終於失敗了。

這一動力學理論，由於其基礎概念的簡單性，是一種給人印象深刻的結構。它對於哲學頭腦有很大的吸引力。康德就是它的信從者。亥姆霍茲在其早年則完全被這一動力理論所代表的力的觀念迷住了——他甚至認為這一理論是說明自然的必要的和唯一可能的手段。他當時主張：「物理科學的任務是把自然現象歸結為恆定的吸力和斥力，力的強度則取決於距離。」他還補充說「完成這一任務的可能性同時就是自然的可理解性的條件。」當然，他相信他能把自在的實體與它的力分離開來，至少，他相信通過抽像可以做到這點：「這樣，對我們來說，自在之物的基本性質就是一種靜止的不活動的狀態..」亥姆霍茲十分清楚地表達了對於純粹機械物質論如此重要的基礎觀念——亦即在實體中取消一切質的差別。「我們可以不把質的差別歸之於自在之物，因為當我們講到不同種類的物質，我們想的只是它們的不同效果——亦即它們的力。因此，自在之物能經受的只有空間性的變化——那就是運動。」

原子論思想合乎邏輯的發展推翻了把實體當作是某種具有空間廣延的東西的概念，而機械的自然觀也就抵達了它的頂峰。它展示了一幅極其單純的自然映像。而且，雖然當代科學早已放棄了這種世界圖像，認為它是一種完全不足以代表實在的概念結構，但這並不是由於它所發展的思想有著內在矛盾，而只是由於動力學理論不能說明某些經驗材料：在它的假設上建立不起一個滿意的物理體系來。

（三）連續論（渦旋原子）

在上面剛講過的動力學理論中，把實體看作是某種充滿或佔據空間的東西這一觀念已被原子論所推翻。但是，好像還是有可能用這一被反對的方法來發展一種物質論——即堅持實體與被佔據的空間的同一性、放棄原子結構而採用連續論。

如果放棄了德謨克利特原子的根本觀念——即原子物質的不可分割性——，那麼剛性原子作為有確定形狀的物體就不再存在了。對每一份實體都可以在任意多個點上進行任意多次分割，而其微粒則可以毫不費力地互相易位。一句話，它們的行為就類似於一種性質高度理想化的流體，即應當被描述為是一種理想流體。

現在就有可能在這樣一個實體概念的基礎之上來描繪一幅連貫的說明性的自然圖像。初看起來這好像是不可能的，因為以鐵棒為例，要說實際上它是由流動實體所構成那似乎是無法想像的。但對流體性質的更細緻的考察顯現了至今還一直未被想到過的可能性。那些高明的吸煙者鬧著玩而噴出的煙圈是誰都熟悉的。這是空氣和煙的粒子一起以某種速度繞著圓環軸旋轉而形成的結構。現在，像這一類的渦環在任何流體中都是可能存在的。而亥姆霍茲由於解出了歐拉為這類流體行為所構寫的方程，從而發現了支配渦環運動的精確的定律。他發現在理想的無磨擦的液體中，這種環既不能產主也不能消滅：它們一旦存在，就永遠永遠要存在下去。它們能向多重方向移動，能改變形狀，並能互相影響——但沒有一個環在理想流體中能消失或重新產生。這種不滅性實際上就是德漠克利特原子的主要特性。這一事實啟發了人們來研究這樣的渦環是否可作為建築物質的磚石。實體的堅硬性和固態可以很容易地得到解釋，只要假定那個不可見的微細的「渦旋原子」中的那些粒子在以極高的速度旋轉就行了。因為在此情況下，該種結構（就像極高速旋轉的陀螺）有極大的力量來抵抗一切外來影響，並表現得又堅又硬。因此，由於它的動力學行為，它很容易造成似乎是真的具有這些性質的假象。

開耳芬勳爵是渦旋原子思想的創始人。他和J.J.湯姆孫後來又進一步研究了這一理論。亥姆霍茲也曾為這一理論所吸引。渦旋原子論——它實際上是一種連續論——的世界圖像是這樣的：不存在虛空的空間，空間完全而連續地充滿著一種絕對無磨擦的不可壓縮的流體（空間以太），在其中發生著無數上述的環狀運動，這些環狀渦旋在量的方面可能彼此不同，而所有感官知覺可及的實體或物體就是由它們產生的。鑒於它們的不滅性，它們很可以被名為「原子」。但它們比起德謨克利特的原子來有著這樣一種優點，即它們的不可分割性不再是一種最終的無可說明的性質；相反，這一性質可以從實體的本性成本質中推導出來。在這兒，這一本質僅僅是在於：在佔據空間的同時還能夠按照牛頓力學——即按照歐拉公式——而運動。這樣，在這一理論中，原來的實體概念似乎被堅持下來了。

某些哲學家對這一實體觀念提出的反駁是：如果不存在虛空的空間，那麼就不可能有運動；而且連續的可以任意分割的實體這樣一種觀念包含了完全的無限可分性的矛盾。這種反駁很難成立，因為如果這些思想本身是矛盾的——內在的矛盾——它們就不可能這麼完美地用數學形式在歐拉方程中表示出來。

另一方面，從哲學的觀點來看更有意思的是對實體連續性理論的另一種反對意見。這種反對意見是由萊布尼茲提出並隨後多次重複論述的。萊布尼茲論證說，在這種到處是完全均勻同質而連續的物質中，雖然只要發生運動，實體的粒子就要改變其位置，但每當一個粒子離開其原來位置時另一個粒子就會立刻佔據這一位置；而由於這另一個粒子與前一個粒子是完全同質的，整體的狀態恰好還是和以前一樣——兩者完全不可分辨，一切就好像什麼也沒有發生。而且這一點適用於所有可能的狀態——任一狀態都與其他狀態完全相同。這樣，在任何情況下在每一瞬刻在每一點上存在著同一性質的實體。在這樣的世界裡不會有變化，也因而不會有事件。因此，想要用這種觀念來說明千變萬化永不停息的自然就未免太荒唐了。

這一反對意見本來倒會是有道理的，而且肯定會使渦旋原子論無效，只要在這一理論中起說明作用的僅僅是物質的存在。可是無論怎麼說，事情並非如此。相反，在上述世界觀中應用的唯一的說明原理是物質的運動，物質在每一點上均以一定的速度移動，該速度既有確定的大小又有確定的方向。的確，在任何瞬刻，在空間的任一點上所看到的確實都是相同的實體，但這根本不成為在不同的時刻宇宙的各種狀態何以應當相同而不可分辨的理由。因為實體是征不斷地改變其狀態——運動的狀態。按照這一理論，運動著的物質不同於靜止著的物質。因此，當萊布尼茲對運動作抽像時，他正好丟掉了那構成該理論核心的東西。這一理論對普遍空間的每一個點，無論該點在渦旋內或渦旋外，都給賦予一確定的速度，該速度由其量值和方向來決定；而所有渦旋原子的運動以及在渦旋原子之間的實體的運動，就通過對空間每點速度變化方式的陳述而得到表達。由於那種既有數值又有方向的量稱為「向量」，因此我們可以說，渦旋原子論標誌著這樣一種嘗試，即試圖僅僅借助於一種向量——速度——來給出全部自然事件的完整描述。自然呈現為一個巨大的「向量場」。當然，對於這理論的概念內容來說，這一在每個時一空點上描述自然之狀態的向量是否正好被解釋為是某種實體的運動速度，本來是無關緊要的。換句話說，這兒實體的概念已被還原為運動，——就像在動力學理論中它被還原為力一樣。這兒，「佔據空間」起著根本不同於原來賦予它的那種作用。

但是渦旋原子論由於其原理的簡單性，卻代表著一項真正重大的事業，這項事業倘若成功的話，就會在很大程度上滿足人類對知識的追求；變化無窮的自然也就會被還原為一個簡單的基本概念，而使泰勒斯「一切皆水」的豪言壯語為之相形見絀。而與此同時，機械的自然觀也將慶祝它的巨大勝利——因為世上一切事件都已被解釋為運動了。

但今天，渦旋原子論已不再能被看作為一個物理理論了。渦環或諸如此類的組合併不具有那些為了精確地定量地說明觀察到的自然過程而必需要有的性質。在這一理論的世界圖像中，沒有哪種經驗材料——諸如化學或電學理論之類的數據——能被滿意地安排進去。因此，無論是這一有趣的嘗試還是此後各種出自同一觀念的翻版，都沒有科學的價值。今天，一切機械理論也都是如此；因為當代物理由於種種根本性的理由（這些理由後面將要談到）已放棄了那種把一切自然律還原為運動定律的觀念——換言之，即放棄了把全部自然事件還原為力學的觀念。

（四）唯能論

為了想把世界圖像建築在一種哲學上圓滿的實體觀念之上，其結果就產生了上述的那些機械理論。但這些機械理論並沒有能實現寄托於它們的希望，因為作為科學的假設，它們證明是行不通的。這樣，很自然，我們就會對所有這一類基本假設都抱著懷疑的態度，甚至還要試著從認識論的角度來證明它們的不足。於是人們開始考慮一種不要任何假設的自然描述，並且認為這一點通過下列的方法是可以實現的，即拋棄所有關於本體的命題——這些本體，就像原子，是處於知覺之外的，——並這樣來構寫自然律，使自然律中無例外地只容納那些關係到可以直接測量從而在自然界實際存在的量或量值的命題。這樣，就不再允許用某些超微觀的原子機制來在物理學各不同領域——力學、熱學及電學——之間尋找認識論上的聯繫了。必須找到另外一座能把它們互相聯繫起來的橋樑，而能量概念和能量守恆定律這二者似乎都可供此用。

我們知道，物理系統的能量（相對於確定的初始狀態而言）代表著（當該系統轉變到該初始狀態時）可以從該系統中獲得的機械功的總量。這一個量是完全確定的，而且不依賴干該系統在轉變過程中所可能經歷的中間狀態。而為了要把該系統從正常的初始狀態再轉變到第一次轉變開始時的那個終極狀態的話，恰好需要供給該系統同一總量的功。由此可知不存在這樣一種物理系統，從中可以不加補償地獲取無限量的功。「永動機」或可以無中生有地產生功的機器是不可能的。經驗的事實是，功既不能從無而產生，也不能消失為無；任何地方功的獲得或喪失總是伴隨著消失或重新產生相應份額的另一種形式的做功本領，這另一種形式可以是電的、化學的或任何其他的「能量」存在形式。因此，對於一個與周圍世界隔絕的系統來說，全部能量總和是恆定的，而且代表著一個在一切變化中不變的量。

顯然，把這一能量看作真正的「實體」，即所有自然過程不變的基礎，這種看法是必然要出現的；正是這樣，「唯能論」的世界圖像就誕生了——這種圖像特別是由蘭金及奧斯特瓦爾德發展起來的。奧斯特瓦爾德的觀點是除了這種能量之外沒有任何東西存在；這種能量是持續不斷地自我同一的，但又表現為各種形式——即它可以呈現出各種不同質的性質或特徵。此外，世上的一切事件都僅僅在於從這種能量的一種形式到另一種形式的轉化；這一能量在本質上始終保持不變，儘管它的性質按照規則而發生變化；至於這些規則那就是自然律的內容。這兒，不再像在原子論中那樣，把熱等同於運動，而是把熱設想為某種僅僅在質的方面不同但能夠按照嚴格的定律轉化為運動的東西。

這一世界圖像，作為一種思想來說並非沒有才華，但在今天。已不再有任何追隨者了。使它不能為現代研究工作所接受的缺點或錯誤有如下幾點：

（1）它自稱完全不用假設，但這一宣稱是缺乏根據的。因為為了能說明全部自然現象，就必然要作出關於能量的基本性質及其行為的假定——這些假定之為假設絲毫不亞於關於原子的基本性質及其行為的假定。因為可以肯定，能量既不可能觀察到也不可能在時間的每一瞬刻和空間的每一點上加以度量。

（2）不同形式的能量（熱，引力能，體積能等等）都被作為不能進一步理解的終極性質而引入。它們不再能互相歸並，而且對於為什麼能量呈現為那些各具特性或特徵的特定形式，該理論又拒絕給予任何說明。我們對知識的渴望決不會滿足於這樣的一種思想；相反，這種渴望迫切地要求持續不斷地增進自然的統一——特別是由於看到在物理學中，舉例來說，在把熱解釋為機械能的一種形式，把光解釋為電磁能的一種形式等方面，已經十分成功地達到了這樣的統一。依照唯能論的啟然觀將使物理學倒退到那種它已經成功地克服了的發展階段；它便不是一種統一的科學，而是被分解為多個不可歸並的組成部分，其數目之多就像我們之有不同形式的能量一樣。這樣的分類法倒洩露出它是來源於感宮知覺的多樣性。原先，光學（關於視覺可及的現象的理論），聲學（對應於聽覺），力學（觸覺和運動覺），熱學（溫度感覺）及電磁學（它不與任何一種專門感官配合因而發展得最晚）就是這樣被區分的。現在，物理學的任務正好就是要盡可能地用獨立於主觀觀念的方法來描述自然，這些主觀觀念完全由人的偶然的組成情況所決定——亦即受人感知外部世界的感官的數目和種類所決定。事實上，現代物理學早已拋棄了這種舊的多重分類法，現在只對力學與電動力學加以區別。因為，儘管一再努力，後二者的統一還未能全部完成。顯然，我們方才講的這些並不是否認目前在實驗物理學教科書中在相當大的程度上保留了舊的分類法。因為這些教科書並不關心物理學的體系，而只是指出通向該體系的途徑，因此，它們的描述只能從知覺開始，而且還要受教學法考慮的影響。

（3）最後——這一點從自然哲學的觀點來看特別重要——按照原來的解釋，能量擔當著實體的角色；鑒於這一事實，能量原理本身要求唯能論對實體概念作出意義重大的重建。對能量守恆原理作更仔細的審察就可知道這一原理僅僅只是陳述了在完全確定的條件下某一些不同的度量永遠產生相同的緒果。這樣，這一原理僅僅只是斷言了某些量的總和（「各種能量」的總和）在數值上的恆定或不變。而當唯能論把這一陳述解釋成似乎它是一個自我同一實體的量的不變性時，就隱含著一種超出物理原理內容的形而上學的解釋。我們馬上就可看到，物理學有著很有力的理由在日益廣泛的範圍內放棄同一性的觀念而代之以保留恆定性或不變性的觀念，這樣一來，舊有的實體觀念將被拋棄而還原為定律的觀念。這標誌著知識的實質性進步；而唯能論，由於它對能量原理的專門解釋從而對於保留舊的概念是有利的，將意味著一種反動的傾向。

上列三條理由中的任何一條均足以證明要把唯能論當作自然的最終解釋是難以實行的。

（五）電原子論

在過去幾十年裡，誕生了一種新的物理世界圖像，並贏得了對所有其他圖像的勝利。在這一理論中既不試圖對全部自然現象作出機械的說明，也不像唯能論那樣力圖把物理學各不同領域互相歸並。代之，它通過少量大膽的假設，達到了自然概念的統一。這種統一如果始終一貫地發展下去，將會在一定程度上滿足物理學家和自然哲學家的期望。

新理論賴以建立的基礎概念是從電學理論中汲取過來的；由於後者的幫助，原子理論吸收了新的內容。物質的原子結構已被化學的及其他的材料證實到了這種程度，以至於這種或那種形式的原子理論已成為任何一種物理世界圖像所不可或缺的東西了。雖然如此，這也並不就一定要把原子理論說成是最終的說明原則，就像在德謨克利特和博斯科維奇的觀念中那樣。它很可以是派生的，並與這樣一種假設相協調，該假設認為最終的實在並非原子的結構而是一種連續的結構物。在渦旋原子假設中我們已熟悉了該後一可能性的一個實例。

對這一新理論的推動來自於把原子論引入電學理論。無數經驗材料越來越肯定地證實了這一假設——電也是由微細而不可分的粒子所組成的；而且可以十分成功地證明，物質的原子——即化學元素的原子——完全由這些帶電粒子所組成。按照這一假設，每個化學原子都是由一個帶正電的「核」和多個帶負電的粒子——所謂「電子」所組成，這些電子以極大速度繞核旋轉。一切電子都是相似的——也就是說，每一個電子代表了相同的微量負電。核的基本的正電荷數等於（在原子的正常狀態下）繞核旋轉的電子數。這樣，整個原子所帶的正電與所帶的負電是相等的，——因此就顯得是電中性的。化學元素相互之間的區別僅僅是在於核內的正電荷數。氫原子是最簡單的原子，它的核帶一個正電荷，伴有一個對應的電子。氦原子的核帶兩個正電荷並伴有兩個電子——如此等等經過整個化學元素序列而一直到鈾，它的原子擁有一大群電子——不少於92個——和對應的正電荷。

這兒並沒有必要深入這一理論的細節，只要強調這樣一點也就夠了，那就是借這一理論的幫助，已經說明並部分預言了如此龐大數量的物理及化學材料，以至於可以說，這一理論概念的內容一定具有很高的真理價值。附帶說，這一理論也為我們大量地提供了某種科學知識；但在這兒，我們唯一關心的是它的哲學意義。

初看起來，這一理論似乎一定標誌著實體概念的巨大勝利，這一實體現在被認為是電。看來把實體的特性歸之於電比以前所考慮的歸之於質量或能量似乎更為合理。今天我們十分肯定地知道，質量——這個量（通常由其「重量」來度量）在所有機械的世界圖像中充當著實體的角色——不是一個不變量。雖然「質量守恆定律」——該定律過去曾被認為是基礎定律——通常近似地是對的，但它卻不是精確無誤的。特別是相對論告訴我們，物體的質量依賴於其速度，而且當物體的速度接近光速時其質量就巨大地增加。這樣，從我們現階段的科學知識來看，質量不能再在舊有的意義上被看作是實體了。——此外，就我們所討論過的能量而言，有兩點理由使我們認為它不如電那麼有資格自稱為具有「實質性」。首先，任何閉合系統的恆定的總能量隨著該系統相對於進行測量的系統的運動狀態而變化。當然，沒有必要把這一不利條件當作是決定性的。其次，在量子論領域內，最新的實驗使我們對能量原理的絕對有效性產生重大的懷疑。的確，看來已幾乎不可能避免下列的假定，即能量只有平均說來才是恆定的，而能量原理對於發生在原子內部的十分精細的過程來說也不是永遠為真的；小量的能量甚至可能整個兒消失，而又再次重新出現——於此必須注意，所失與所得結果正好互相抵銷。這類懷疑不會在電的量值方面發生。根據我們目前的知識，正電荷與負電荷永遠不能創生或消失１；它們的量也不依賴於觀察者的處境或運動。事實上，它們的恆定性或不變性似乎是無條件的——而這就是為什麼電的基本粒子確曾被認為代表著自然的真正實體。我將在此摘引一位偉大的物理學家素未菲的話。這些話引自他的《原子結構與譜線》一書２。「今天我們認為電是一種具有實體性的東西，這當然是對的。它是唯一能與另一種稱為荷正電物的基本實體並列的普遍而基本的實體..與質量相反，電荷以它的恆定性證明它是真正的實體。」在一部現代物理學教程１中我們找到大意如下的論述：「現代物理學可以有根據地認為電是真正的原始實體，一切知覺可及的事物均由它而衍生。它是自然探索者尋找了幾千年的東西。」

１ 當代研究提供了一種「瀰散輻射」，這是由一正一負兩種組分組成的一對電子的統一。

２ 不倫瑞克1919，第三版1922。

１ 阿圖爾·哈斯：「Einfuhrungindie theoretische Physik」（《理論物理學引論》），萊比錫1919—21 第五、六版，柏林1930。

當人們發現在運動中的電的量子——即如電子——其行為就好像該粒子具有機械質量一樣（因為按照電學原理，它以一種有特徵的方式抵抗任何加速——亦即它呈現出慣性的性質，恰如慣性機械質量一樣），於是就談到電的「表現」質量。結果，就出現了把一切機械質量都說成是「表觀」質量的可能性——亦即，把一切機械質量均歸結為電的質量。這樣，「電動力學的物質論」發展起來了，這一理論被認為是舊機械論的繼承者；而且還流行著這樣一種見解，認為這樣一來，力學就還原為電學了。

但是，必須注意「電的物質論」這種提法未免有點兒為時過早，因為舉例來說究竟核的質量（該質量結合於帶正電的粒子，其值約為電子質量的1，800倍）是否能被看作純粹電的質量似乎還是一個很大的問題。雖然，從原則上來說，這是非常可能的，但該事實通常卻以如下的方式來構寫，即認為（參見上引索末菲的話）正電僅當與「普通」物質結合的時候才表現出來——亦即正電只有在與質量結合的時候才表現出來，而該質量的電性質並不能被認為是已證明了的。其次，是否電子本身的全部質量都可以被闡明為在性質上純粹是電的，或者是否那些存在於電子內部的定域「內聚能」也許不應被看作是一種有貢獻的因素（亦即，有時引入某些內聚力來說明為什麼負電荷不因排斥而爆炸性地散裂，卻在電子內保持集中狀態），這些都還是疑問。——最後，而且是最重要的，物質的最根本的性質——即相互吸引，或萬有引力——還是作為牛頓力學的不可歸並的剩餘物而保留下來了。這樣，力學的和電動力學的基本概念在世界圖像中還是沒有統一起來。物理世界的所有其他領域似乎——就像我們剛才說過的那樣——已最後被還原為力學和電的理論。但物理體系這兩個方面的最後統一似乎不能通過力學被電動力學同化而獲得。要達到這種統一似乎應將力學與電動力學都吸收到一個包羅一切的體系之中，而在此體系內它們二者將結合為更高的統一體。

和機械論相反，電原子論涉及到的是些完全非感性的基本概念，——因為電和電磁力的「本質」都是無法在知覺中呈現的。當然，人們確是把一定的廣延歸之於電子和原子核，這種廣延在數值上甚至可以估計；但這並不因此就斷言電子應被設想為一種獨特的帶電的體積，就像德滇克利特原子被想像為不可人的充滿實體的空間一樣；相反，對這類粒子直徑的數值估計只能被看作是下列距離的一個平均值，該距離代表各粒子假定中心之間互相接近的極限。就像博斯科維奇的動力原子論那樣，這一事實應被看作為表現了事件的確定的規則性，而不應被看作是「不可入實體」存在的標誌或諸如此類的東西存在的標誌。電粒子不能被看成某種可與其環境清楚明晰地分離開來的東西，在這兒內部與外界很難區別，可以說，粒子逐漸消融在其環境中了。

這一環境就是「電磁場」，一種充滿了電磁力的真空。對於這種電磁力我們則必須想像為是完全非圖像性的「向量」。但在這一理論中，電磁場所扮演角色的重要性，正不亞於嵌入在該電磁場中的那些電子的行為。

附錄三宇宙的時間性演化（第十一章的補充）

宇宙的時間性演化問題把我們引入與宇宙的廣延性或空間性完全不同的另一個自然哲學領域。在一些天文學的普及讀物裡，這一問題當然是很簡單地提出來的。天作物理學把星體演化劃分為兩個階段，並認為恆星是由宇宙星雲物質凝聚而形成的。正是以這種方式形成了許多明亮的熾熱氣態球體和許多太陽，它們逐漸凝固和冷卻——這一發展過程表現為下列事實，即它們放出的白光先是變得越來越黃，之後又變紅，最後就完全熄滅。星體經歷的這種演化過程可以認為是確實的，但還是會產生這樣的問題：原始的氣態星雲是從哪兒來的？看來最令人滿意的假設似乎是，冷卻了的天體又以某種方式再度轉變為星雲——如果是這樣，那麼宇宙的全部演化將成為一個永恆的循環：從星雲到恆星，從恆星到星雲。但是，困難就在於要構寫這樣一種假設，它既與物理定律一致，又能說明固態物體如何轉變為星雲。要想構寫這樣的假設是非常困難的。而且即使我們同意某些科學家的意見，假定兩個這類物體的偶然碰撞，有時會由於碰撞所產生的熱而使它們都蒸發而變為氣態；即使我們同意這種說法，也還是存在如下的問題：這類事件是否能重複無限多次？宇宙演化是否真能被看作是這一類的循環過程？有一條確實的定律似乎是駁斥了這一假設——即熵定律或「熵增加定律」，它也稱為熱學第二原理」（第一原理是能量原理）。

比之於我們所討論過的其他定律，熵定律完全是一條新型的原理。這定律有不止一個理由值得我們對之作一番哲學上的考察。

如果說能量原理否定了能量無中生有的可能性，那麼熵原理則否定了各種能量相互之間任意轉化的可能性。按照這一原理，熱能只有在一定的特殊的條件下才能轉變為功；而其他形式的能量轉變為熱則不需任何條件。這樣的結果就是宇宙中全部能量都在持續不斷地轉變為熱，而熱則永遠不能再全部轉變為功。

１ 見前引書，第451—456頁。*即熱力學第二定律。——譯注

在我們剛才所描述的宇宙過程中，熱必須不斷地產生出來，而消耗星體運動的動能。星體形成過程的每一次重複將伴隨著動能的減少而發生；最後就會完全停止。熵原理的普遍推論就是宇宙將在「熱寂」中死亡——這也就是說，宇宙將進入一種狀態，在該狀態中，通過一切溫差的均衡，全部能量將轉變為熱，而且再也不能從熱這種形式中釋放出來。在這種情況下，所有宇宙事件和過程都將停止——一切都將溶化為我們稱之為熱的那種振動。人們作出了努力想由此來演繹出世界的「開始」和「末日」。在這方面進行的一系列思考刺激了自然哲學家來更細緻地審察熵定律或熵原理。

首先，可以認為熵原理指明的事實禁止我們甩上面描述過的那種簡單的方式來對待世界上的事件——亦即不能把這些事件看作是從星雲到恆星，從恆星到星雲的一種交替循環。事實上，宇宙的演化過程要遠為複雜。但是，另一方面，我們目前的知識以及第二原理的觀念似乎指出從整體上說，該原理與宇宙事件的循環性質也並不是不相容的。但如果熵原理實際上是具有普遍有效性的嚴格的自然律，那麼事情就不同了。因為在那種情況下，宇宙過程將是不可逆的，事件的一個確定的方向被區別出來作為可能的方向，而其相反的方向則是不可能的。雖然如此，玻爾茲曼所進行的研究使我們有理由相信——而且這一信念在當代科學中佔有優勢——熵定律不是一條必然的定律，它僅僅只具有可幾的有效性。

換句話說，宇宙事件井非總是按熵原理所規定的方式進行，只能說，按這一方式進行的情況平均來說佔有壓倒優勢。舉例來說，當這一原理斷言：「兩個溫度不同的物體相接觸，熱的傳遞方向是從較熱的物體傳向較冷的物體而不是相反。」這一種陳述之為真其意義正如同下一斷言之為真：「一顆正常的骰子連擲一百萬次，沒有一個人會次次擲到六點。」現在，儘管這種百萬次重複出現六點並不與任何自然律相牴觸，但我們不認為會出現這種情況，而我們卻是對的。按照玻爾茲曼的考慮，雖然違反熵定律而發生的事件其概率永不為零，但這一概率通常要大大地小於上述擲骰子的概率。因此，如果我們僅把極大的概率（在某些情況下該概率可以從數值上加以確定）歸之於熵定律而不宣稱它是嚴格的自然律，那麼我們和那些依賴於熵定律的物理材料就仍然保持一致。

由於熵原理僅僅是一個概率性定律，並因而可以包括矛盾的過程，那麼這樣的過程就一定會發生——儘管是很罕見的。而時間的流逝越長，這種過程發生的可能性也就越大。現在對宇宙來說，由於有無限悠久的時間供其支配，因此存在於世上的任何狀態——從理論上說——沒有一種是不能重複或不可逆的。因此，如果宇宙中曾一度發生過象熱寂那樣的事情，那麼，這種普遍未分化的狀態必將（有「機會」）自動地再次產生新的分化，到處均勻分佈的熱也必將（有「機會」）自動地轉化為其他形式的能量。那時，相對於在目前宇宙狀態中我們所習慣的狀況，所有自然過程都會以相反的次序或方向來進行。這樣，基於把熵定律當作絕對有效的自然律而作出的一切宇宙學推測就都是站不住腳的。——目前，這一陳述對我們的目的來說已經足夠；因此，再去考慮什麼即使保留了熵定律絕對有效的假設，上述推測是否仍沒有足夠的根據等等，則是多餘的了。

從過去到將來這一時間方向的特殊性——亦即下列奇怪的事實：較早到較晚的方向完全不同於相反的方向，前者很顯然不能與後者調換——無疑是與自然過程的單向進行有關，而後者又為「第二原理」所制約。或者寧可這麼說：過程的不可逆性和時間方向的單向性歸根到底是一回事——這一點早已為玻爾茲曼所注意。如果世界上或某部分世界上的所有過程一旦都與墒定律背道而馳，那麼過去與將來就將在這一點上交換它們的角色；那時我們就能說時間進程本身發生了逆轉。如果我們生活在這種狀況之中或被送入了這種狀況，我們也許會覺得它異乎尋常——對我們來說有點兒像一部倒過來放映的影片。但另一方面，也很可能我們根本就沒有意識到這一切，很可能我們還認為自己仍然是活在正常的世界裡。因為很明顯，我們所謂的「過去事件」是我們對之有「記憶印象」的事件，而「將來事件」是我們所不知道的事件。歸根到底，記憶是我們所擁有的唯一判據，而這只是一個主觀的判據。因此，關於哪一些事件是「客觀地」在實際上「先於」另一些事件，這樣的問題不是我們所能夠作出判斷的。的確，至於是否我們看來的「過去」是真的「過去」，還是很可能是「將來」，只是因為一切過程（我們的記憶也屬於其中）都已反向從而對我們來說錯誤地顯得像是過去，——要問這樣的問題，可能是毫無意義的。

像這一類思考，至少能使我們懂得，只有在十分專門的謹慎的辦法或假定的幫助下，我們才能在事件的發展中區分「向前」和「向後」，或賦予時間方向以客觀的意義。——但對這一思想的進一步深究，性質上將是認識論的，不再屬於自然哲學的範圍。

另一方面，我們願意來討論這樣一個問題，這個問題處在認識論邊界的我們這邊。這問題就是一般說來，我們何以只有過去事件的而無將來事件的精確的知識。曾經有人提出說，這一事實的說明只能在熵定律中找到；而且很顯然，事情一定就是如此，因為只有該原理才對過去將來這一可疑的區別提供了理由。事實上，對那種不產生可感知的熱從而熵定律不起作用的可逆自然過程來說——就像對於天體運動的情況，——推知將來正好和推知過去一樣地容易。但通盤看來，這個問題還沒有能弄清楚。

實際上我們可以指望——在熵原理的幫助下——將來要比過去更易於演算；因為很明顯，詳細說明一個未分化的狀態（該狀態是一種不規則分佈的狀態所力求趨向的）要比詳細說明一個更劇烈地分化的狀態（從該狀態中發展出一種分化較弱的狀態）來得容易得多。如果我們考慮到這一事實，即過去的結構是由客體的空間位形而不是由能量分佈的均衡程度來推斷的，那麼矛盾之處就會解決。過去的事件能被認知和重建，因為它們留下了「痕跡」。我能夠看看海灘而知道不久前剛有人走過，但我不可能從海灘上看出在很近的將來是不是會有人走來。最廣義的「痕跡」總是以這樣一種方式造成的：處於分化形式下的能量（在上述情況下是人足運動的動能）造成物質粒子（海灘上的沙粒）的重新排列並在其上印下確定的形狀（足印），該形狀是持久的，因為按照熵定律，能量被轉換為分散的形式（砂粒分子的不規則運動），並因而不能使粗大的砂粒發生進一步的位置變化。如果能量保存為一種有規則的形式（如砂粒的動能），那麼砂粒在接受足印之後將不會保持靜止狀態——從而不會留下任何痕跡。——因為我們的「記憶」無疑是以某些留在我們腦子裡的痕跡為基礎的，此處給出的說明一般說來可以適用，並從而似乎表明了下述事實，即我們的回憶只涉及過去（借助於第二原理所定義的過去）而不涉及將來。

譯後記

本書初稿譯於1962年，譯者是陳國維同志。1964年由陳恩池同志在陳國維同志譯稿的基礎上重譯，張承謨同志和我參加了對譯稿的討論和修改。由於十年浩劫，該稿始終未能出版。1979年，經徵得原譯者同意，由我在前二稿基礎上再次重譯。現在印出的就是這第三稿。

胡文耕同志曾幫助校訂全稿。洪謙教授自始至終關心本書的翻譯，給了譯者以巨大的幫助。謹此表示衷心的感謝。

陳維杭

一九八四年四月於復旦大學

Table of Contents

原編者序

漢譯世界學術名著叢書出版說明

第一章 自然哲學的任務

第二章 圖像式世界觀及其限度

第三章 描述與說明

第四章 理論的結構

第五章 理論與圖像式模型

第六章 論空間測定的意義

第七章 四維世界

第八章 約定論批判

第九章 狹義相對論的基本思想

第十章 經典物理學中的因果原理

第十一章 統計的研究方法

第十二章 新物理學的基本概念

第十三章 新物理學中的因果性

第十四章 生物學的基本問題

第十五章 生命的判據

第十六章 活力論

附錄一 必然性與力（第三章的補充）

附錄二 原子的概念（第五章的補充）

附錄三 宇宙的時間性演化（第十一章的補充）

譯後記