科学史(上)-第2章

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结束，我们还无法知道。

如果光波具有电的性质的话，它们就必定是从运动中的电荷出发的，初
看起来，只要新发现的电子是按照牛顿的动力学运动的，我们就可以得到一
个令人满意的物质本源于电的学说。但是，如果电子围绕着原子核而运动，
就象行垦围绕着太阳运行一样，它们就应该放射出一切波长的辐射，能量就
应该随着波长的缩短按可以计算的方式增加。但是，事实并不是这样；为了
解释这个事实，普兰屯（PlancK）就假定辐射是按确定的单位，即量子，而
射出和吸收的，每一个量子都是一定量的“作用”，这个量相当于能量乘时
间。这个学说因为在它起源的领域以外的其他物理学领域中获得成功，而大
大增强自己的声誉，但是，这个学说也象古典的连续波动说一样，并不能很
容易地、很自然地解释光的衍射和因为光的干涉而产生的其他现象。我们在
有些问题上得用古典的理论来解释，在另外一些问题又得用量子理论来解
释，虽然两种理比似乎是彼此矛盾的；这样一个折衷的办法在物理学家来说
是少有的，因为物理学在过去始终是一切实验科学中最彻底地没有矛盾和最
能自圆其说的。

再有一个困难是，不论观察者怎样运动，所测量出的光速总是一个不变
数。这个困难由爱困斯坦的相对论澄清了。爱因斯坦指出，不论空间或时间
都不是绝对阶量，而总是同测量的人相对而言。这个相对性原理，按其全部
推论来说，不但是物理学学说方面的一场革命，而且是早先的物理学思想所
包含的假定方面的一场革命。这个原理把物质和万有引力解释做是四维时空
连续区中的曲率一类东西的必然结果。这个曲率甚至给空间确定了界限；光
如前进不已，在亿万年后，可以回到原来的出发点。

不但有质量的坚硬质点消失了，而且从哲学上我们也当会看到，把物质
看做是在空间中延展、在时间上连绵不断的古来的形而上学概念，也被摧毁
了，因为不论是空间还是时间，都不是绝对的，而只是想象的臆造，质点只
不过是时空中的一串事件而已。相对论加强了原子物理学的结论。

玻尔（Bohr）又沿着量子论的方向把卢瑟福关于原子的看法，加以发展。
玻尔假定氢原子中的单个电子只能在四个确定的轨道上运行，只有当它从一
个轨道突然跳到另一个轨道上的时刻，它才能发出辐射。他就根据这个假设
解释了许多事实。至少在把电子看做是一个简单质点时，这个假设和量子论
一样，是同牛顿的动力学不相符合的。

由玻尔自己和他人加以详细阐释的玻尔式的原子，有一个时期，似乎是
最可信赖的原子结构的模型，但是，1925　年，在解释氢元素光谱中的某些比
较细的谱线时，它却肯定地失败了。次年，海森堡（11eisenberg）的研究成
果在物理学上揭开了新的一页。他指出，任何关于电子轨道的学说，都没有
事实根据。我们研究原子时，只能观察什么进去，什么出来——辐射，电子，
有时还有放射性的粒子等；至于别的时候发生什么情况，我们是不知道的。
轨道是拿牛顿的动力学做类比，不知不觉地建立起的一种没有理由的假设。
因此，海森堡就用微分方程式来表达他的原子结构学说，并不想给予物理学
的解释。


后来，薛定谔（Schr0dinger）根据德布罗意（de　Broglie）的波动力
学，提出一种新学说，说电子具有微粒的一部分特性，又具有波动的一部分
特性。这个见解后来得到实验证据的证明。薛定谔的学说是用同海森堡的方
程式相当的方程式表达出来的，所以，从数学上来说，这两种学说是完全一
样的。我们无法根据海森堡的学说构成一个物理模型，也很难根据薛定谔的
学说构成一个模型。事实上，所谓测不准原理至此就出现了。这就是说，我
们无法同时［准确］测定一个电子的位置和速度。物理学陆续地发现过许多
终极的要素，如彼此吸引的质点，原子，电子等，每一次又都要更进一步地
发明一些模型，按照更基本的东西来解释这些要素。但是，“作用”量子以
及侧不准的微粒和微波的方程式却是心灵难以想象的一些概念。或许一种新
的原子模型还会再一次顺利地建立起来，但是，也可能我们所遇到的基本的
东西不是机械的术语所能表达的。

与此同时，近来的物理学的两个分支已经变得特别具有实用意义。自麦
克斯韦证明电波和光波具有同样性质以来，电波的学说的范围更大了，电波
的应用也更广了，到最后，我们就利用电波讯号的反射，制造出“雷达”来。
卢瑟福的核型原子，加上阿斯顿（Aston）的同位元素，促成了纯科学的长足
发展，并且帮助我们找到一种方法，在“原子弹”中释放核能量，我们希望
今后这方面还会有和平的应用。

科学和哲学有过一段分离时期——一边是朴素的唯物主义，一边是多少
有些玄妙的德国唯心主义。在这段分离时期过后，科学和哲学又重新携起手
来，最先是在各种各样的进化论思想中携起手来，后来又通过更深刻的分析，
靠了数学和物理学的新发展，而携起手来。近来的数学原理和逻辑学原理的
研究更清楚地阐明了认识论，一种新的实在论也应运而生。这种新的实在论
抛弃了历来的全面哲学体系，而只研究一些有限的哲学问题，正象科学只研
究有限的科学问题一样，并且想寻找科学上的现象论下面的形而上学的实
在。

在有些现代哲学家看来，科学上的决定论似乎是由于科学的抽象方法而
产生的。科学概念，即柏拉图的理念的现代翻版，只和科学的抽象推理及学
说有关！科学的概念有其逻辑的推论，这些推论的确是必然的，并且是科学
概念的性质所决定的。但是，科学上的决定论却是一种具体性误置的谬误，
也就是把逻辑上的决定论转移到感官对象上面去了。此外，“活力论”认为，
在活的物质中，物理和化学定律都由于某种更高的作用力而失效了。这个观
念今天已信誉扫地了，不过，有些生理学家还是指出，生物机体的物理机能
和化学机能所表现出的调协和一体性仍然是纯机械论今天所无法解释的。尽
管这样，另外一些生理学家还是认为，在物理学和化学研究的每一阶段，都
曾经不得不接受机械论，因此，正象薛定谔所指出的，到头来，也许会有一
些目前还不得而知的新的物理和化学定律可以从根本上解释生命现象，虽然
机械论到最后也可能在物理学的一条最后的测不准原理中归于破灭。目的论
要想令人信服，可能必须把存在的整体考虑在内，而不能只考虑单个的机体。
当我们从力学的抽象观点来考察的时候，宇宙可能完全是机械性的，但是，
当我们从心灵的方面来看的时候，宇宙却仍然完全是精神性的。由星体而来
的一多光线，物理学可以从它的遥远的发源地一直追寻到它对感光神经的效
应，但是，当意识领悟到它的明亮、色彩和感受到它的美的时候，视觉的感
觉及对美的认识肯定是存在着的，然而它们却既不是机械的，也不是物理的。


物理科学所描绘的是实在的一个分析性的方面，经验告诉我们，物理学
所绘制的图表使我们能够预测，有时还能控制自然界的作用。知识的大综合
是时常进行的。字谜画中的各个方块突然配合起来了；不同的孤立的概念由
某一个伟大的科学家融合起来了，这时就会出现壮观的盛况——牛顿创立天
体演化学，麦克斯韦把光和电统一起来，爱因斯坦把万有引力归结为空间和
时间的一个共同特性，都是这样的情况。一切迹象都说明，还会有这样一次
综合。在这样一个综合中，相对论，量子论和波动力学可能会归入到某一个
包罗万象的、统一的、单一的基本概念里去。

在这样一些具有历史意义的时刻，物理科学似乎是至高无上的。但是，
只要我们根据现代科学哲学清晰地洞察到它的意义，我们就会知道，物理科
学按照它固有的本性和基本的定义来说，只不过是一个抽象的体系，不论它
有多么伟大的和不断增长的力量，它永远不可能反映存在的整体。科学可以
越出自己的天然领域，对当代思想的某些别的领域以及神学家用来表示自己
的信仰的某些教条，提出有益的批评。但是，要想观照生命，看到生命的整
体，我们不但需要科学，而且需要伦理学、艺术和哲学；我们需要领悟一个
神圣的奥秘，我们需要有同神灵一脉相通的感觉，而这就构成宗教的根本基
础。


第四版序

在把本书第三版改为第四版的时候，《1930　年到1940　年》一章里所讨
论的大多数问题，都分散到前面各章里去了。为了解决战时的具体问题，世
界各国，尤其是英美两国，都做了一些新的工作。这种工作附带地也使科学
知识有所增进。因此，我也尝试着对已经披露的比较重要的发现，作了叙述。

第三版序中所列的书目，应增添下列几种：贝里（A。　J．　Berry）先生
的《现代化学》（Modern　Chemistry），汤姆森爵士（SirGeorge　Thomson）。。　
的《原子》的第三版；安德雷德教授（ProfessorAndrade）的《原子和它的
能量》（The　Atom　and　its　Energy）。

第三版发行后，值得深深哀悼的是，在某些阶殷帮助我写作本书的三位
友人：卢瑟福勋爵，爱丁顿爵士和秦斯爵士，先后不幸逝世。

丹皮尔
1947　年1　月于剑桥


第三版序

本书第二版和第三版的印行之间相隔十一年之久，有一段时间还绝了
版。第三版迟迟不能发行是不可避免的，这是因为在第二次世界大战爆发前
后有许多紧急工作要做的缘故。

在1930—1940　的十年间，人们进行了不少新的科学研究，获得很多惊人
的发现。而且，在那个期间，科学史本身也成为一门公认的专门学科。这方
面的系统研究使过去的情况更加大白于世。大量文献涌现出来，但是，在讨
论一般科学史的著作中，只要提到下xi　列几种就够了：希思爵士（SirThomas　Heath）的《希腊数学》（Greek　Mathematics，　1931）和《希腊
天文学》（Greek　Astrono…my，1932）；萨尔顿博士的《科学史导论》（1931
年）的第二卷的两册，这两册一直叙述到十三世纪末叶；沃尔夫教授
（Professor　A。　Wolf）的《科学、工艺和哲学的历史》（History　of　
Science，　Tech…　nology　and　Philosophy，1934　和1938），这部著作叙
述了十六、十七和十八三个世纪的情况；霍格本教授（Professor　L。　
Hogben）的《大众数学》（Mathematics　for　the　Million，1937）及《市
民科学》（Science　for　the　Citizen，　1940）；剑桥讲演集中题为《现
代科学的背景》）（The　Background　to　Modern　Science，1938　年）的
一卷；普莱奇（H。T　Pledge）。。　先生的《一五○○年以来的科学》（Sciencesince　
1500，1939）。专门讨论科学史的刊物《爱两斯》继续按期出版，成为几乎
取用不竭的史料宝藏。因此，有必要对本书旧版大加修改，并增添一章来叙
述近十年来的进展。结果实际上是写出了一本新书。

朋友们又一次以他们的专门知识惠然相助，我愿对他们表示衷心、诚恳
的感谢。康福德教授（Professor　Cornford）审阅了原稿中讨论《古代世界
的科学》的一章，并且提出许多改进意见。关于最近一个时期的新材料，向
我提供意见的有下列几位：物理学方面——阿斯顿博士（Dr　Aston）和费瑟
博士（Dr　Feather）；化学方面——曼博士（Dr　Mann）；地质学方面——
埃尔斯博士（Dr　El…　les）；动物学方面——潘廷博士（Dr　Pantin）。有
关生物化学的章节是我的女儿玛格丽特写的，有关兔疫的章节是她的丈夫安
德森博士写的。埃利奥特小姐不辞劳苦地辨认我的相当潦草的手稿，并且把
它打印出来。我的妹妹丹皮尔小姐对索引作了必要的增补。剑桥大学出版社
更本着他们一贯的好意把本书精美地排印出来。

丹皮尔
1941　年8　月于剑桥


第二版序

本书出版以后不到几个月就需要再版，很可以说明它所讨论X　的问题不
但是科学家感到兴趣的，也是比较广大的一般读者感到兴趣的。

再没有什么故事能比科学思想发展的故事更有魅力了一这是人类世世代
代努力了解他们所居住的世界的故事。不但这样，这个故事在目下还特别富
于兴趣，因为我们可以看见富于历史意义的知识的大综合之一正在我们的眼
底下进行，我们可以感觉到我们正处在重大事件的前夕。我坚信科学是历史
的适当题材，也是文学的基础。如果我能帮助把这个信念灌注到别人的心中，
我就心满意足了。

许多书评作家和记者对第一版中的具体问题，提出了有教益的批评。我
愿意向他们表示感谢。如果我没有采纳他们的全部意见的话，我也至少对他
们的意见作过仔细的考虑。我特别要感谢我的朋友秦斯爵士（Sir　James　
leans）和艾德里安教授（ProfessorE。　D。　Adrian）给予我的帮助。

丹皮尔—惠商
1930　年3　月于剑桥


原序

现代科学的巨大宏伟的大厦，或许是人类心灵的最伟大的胜vii　利。但
是，它的起源、发展和成就的故事却是历史当中人们知道得最少的部分之一，
而且我们也很难在一般文献中找到它的踪迹。历史学家所讲的不外是战争、
政治和经济；揭露原子秘密，在我们眼前揭开空间深度等活动，虽然使哲学
思想起了革命并使我们有可能把物质生活提高到历代梦想不到的水平，但是
关于这些活动的发展情况，大部分历史学家却没有讲到，或很少讲到。

在希腊人看来，哲学和科学是一个东西，在中世纪，两者又和神学合为
一体。文艺复兴以后，采用实验方法研究自然，哲学和科学才分道扬镳，因
为自然哲学开始建立在牛顿动力学的基础上，而康德和黑格尔的追随者则引
导唯心主义的哲学离开了当代的科学，同时，当代的科学也很快地就对形而
上学不加理会了。不过，进化论的生物学以及现代数学和物理学，却一方面
使科学思想臻于深邃，另一方面又迫使哲学家对科学不得不加以重视，因为
科学现在对哲学，对神学，对宗教，又有了意义。与此同时，物理学本来有
很长时间就一直在寻找，并且找到了所观察到的现象的机械模型，这时却似
乎终于接触到一些新概念，在这些概念里，机械模型是不中用的，同时也似
乎终于接触到一些根本的东西，这些东西，用牛顿的话来说，“肯定不是机
械的”。

大多数科学家一向朴素地认为他们所处理的就是终极的实在，现在，科
学家们开始更清楚地看出他们的工作的真正性质了。科学方法主要是分析性
的，要尽可能地用数学的方式并按照物理学的概念，来对现象作出解释。但
是，现在我们晓得，物理科学的根本概念都是我们的心灵所形成的一些抽象
概念，目的在于给表面上一团混乱的现象带来秩序和简单性。因此，通过科
学走向实在，就只能得到实在的几个不同方面，就只能得