科学史(下)-第37章
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星云里的质点、大小和449 光的波长相似；它们具有很大的吸光能力。
亮星云光谱中有明线，主要是电离氢和氦的谱线，以及实验室里还没有
见过的谱线，例如其中两条绿色的谱线，假想其起源于一未知的、名叫的元
素。但是，1927 年包温（I。S。Bowen）发现这些奇怪的谱线是由双电离氧原
子所造成的，所谓双电离氧原子也就是其卫星电子从一个轨道跃到另一轨
道。在地球上比较扰攘的环境里这些轨道问的路径是不通行的，可是在安静
的星云里，在长时间内这路径是敞开的。其他谱线生于单电离的氮，其卫星
电子也遵循“禁戒跃迁”。可见空间里有氧和氮（我们熟悉的空气）以及钠
和钙。
1869 年，勒恩假定太阳上的质点和理想气体中的质点一样活动，而且假
定其内部的热量是物质的。他在这种假定下计算了太阳的理论温度。可是爱
丁顿指出辐射的重要性，它从内部出来，被外层的原子和电子所捕获，由X
射线降级到可见光，因而能量只是缓缓地逸散。所以近些年来人们觉察到在
高温下，辐射的和物质的两种热量之比比较想像的大，事实上这两者大约是
1
相等的。在5000℃的温度，辐射压在每平方英尺上约为
20
英两，可是在太
①
H。Spencer Jones，General Astronomy；London l934。Sir Arthur Ed…dington；The Expanding Universe；Cambridge；
1933；New Pathways in Seience；Cambridge； 1935。 Sir James The Universe Arourd Us；Cambridge；1933，1944。
阳中心两千万度的高温下，辐射压在每平方英寸上，高达三百万吨①。
我们考虑到太阳里自由运动的质点的压力，就可以估算出使太阳维持其
所观测到的体积所必需的内部温度，起初人们认为太阳里的自由运动的质点
是一般的原子和分子，但是现在我们要用新的原子理论去讨论这个问题。
纽沃尔（Ne wall）曾向爱丁顿表示，太阳或恒星里的高温必使原子电离，
或者说剥掉它外围的电子。例如就氧原子而论，它的原子量是16，其外围电
子有8 个，再加上一个核，质点的数目为9，因而其平均量为16/9 或1。78。
从锂的1。75 到金的2。46，这些量都接近于2，可是就氢而言，原子分裂为两
个质点：即质子与电子，质点430 的平均量为1/2，而不是2。因此，就温
度的问题而言，我们可将质点概括地分为氢和非氢两类，含氢愈多的星，其
理论的光度愈小。根据观测到的光度，好象1/3 氢和2/3 非氢的比例适合多
数恒星的观测到的性质。1929 年，阿特金森（Robert Atklnson）与霍特曼
斯（Fritz Houtermans）指出，在太阳里很高的温度下，原子核如果损失了
外围电子的保障，可能也遭到摧毁。
恒星物质电离的概念受到量子理论的支持。这一概念最初是埃格特
（Eggert； 1919 年）提出的，后经萨哈应用（1921 年）到恒星外层，因而
建立恒星光谱的现代理论。
天文学家考虑了新的有关原子的知识，复回到勒恩的理论，仍假设恒星
的质点的作用如理想气体，即使在上述的致密的恒星里也是这样。在这些致
密的恒星里，原子被剥掉了外围的电子，因而它们的核和脱离了的电子的作
用，象独立伪质点一样。
银河系以外，在遥远的距离处，还有别的星系，以旋涡星云的姿态出现
在我们眼里。在威尔逊山100 时反射望远镜里，用抽样法估计，能够看见的
旋涡星云之数，当以千万计；其中最远的可能在五万万光年以外。现在制造
中的200 时反射望远镜能够探寻到两倍远处，因而可以显出八倍多的星云，
如果它们是均匀的分布，而空间里又无吸光的物质的话。这里可以提说一下：
以上所说的宇宙线来自这些外围区域，即星际空间或旋涡星云。
以上说过，旋涡星云的谱线和地面对应的谱线比较，是向红端移动的。
这表示星云有一种退行，这退行的速度是和距离成正比而增大的，现在认为
这是宇宙在不断地膨胀的表现。德·西特的空间理论〔它通过弗里德曼
（A。Friedmann）与勒梅特（C。Lemai…451tre）的数学研究，和爱因斯坦的理
论联系起来〕也认为有这种膨胀的宇宙，所以我们可说观测与理论是符合的。
米耳恩指出，如果起初星系具有现今的速度，而密集在小范围内，其中
具有最大速度的，现在会离开得最远；我们应可得到所观测到的距离与退行
速度之间的关系。1932 年，爱丁顿估计这速度是每百万秒差距每秒528 公里，
在15 万万（1。5×109）年后，宇宙的大小便增加一倍。这样说来，宇宙的初
始半径就是328 个百万（3。28×l08）秒差距或10 万万6800 万（1。68×l09）。。
光年；宇宙的总质量为2。14×l055 克，或1。08×l022 个太阳的质量，宇宙
的质子数或电子数为1。29×l079528 那个基本数字可能需要减小①。这个不可
逆或单向的过程的设想所引起的问题与热力学第二定律下熵的不断增长所引
①
Eddington，In ternalConstitution of the Stars； 1927。
① 原书作“增大”是“减小”的误排。根据天文学上的新发现，528 这个数字，到1952 年改为349，1955
年改为179，1958 年改为82，现尚未能确定。——译注
起的问题是相似的；两者都指出有一确定的开始，能量的供给量逐渐降低，
以至于终于竭尽。有人说我们现今的热力学可能是膨胀宇宙的一种特性；事
实上托尔曼（Tolman）就提出一种相对论栓的热力学，认为在不断收缩的宇
宙里第二律是反向的。能量愈来愈多，从辐射再形成物质是可能的。在这些
思路上，我们也可肩想有一种脉动的宇宙，我们碰巧正好生在它的膨胀阶段，
这样便不需要一个开始或者终结了。
最终的问题是：太阳和恒星所辐射出的能量的来源是什么？既然内部的
温度须维持几千万度，所以这能量不能从外面而来，似乎必须是某种原子内
部的能量。爱因斯坦的质量与能量的关系（即1 克物质具有9×1054 尔格的
能量）说明太阳所储蓄的总能量为1。8× 10 尔格。以现在的输出率计，这足
够供给15 万亿（1。5×l013 ）年，但以质量变少，因而输出率逐渐变小，这
时间可能还要长些。由计算得知太阳的年龄5 万亿（5×1012）年。这是在质
子与电子互相452 湮灭的假设下得出的结果，但上面说过，由于阿斯顿的工
作，由于正电子的发现，这个假设难能成立了。
1920 年，阿斯顿对于氢原子量的精密测定说明，氢嬗变为别的元素时，
可以得到大量的能量，这样便提供了能量的另外一种来源。在近几年来，这
个来源看来更加可能。这个过程进行的方式就是在碳和氮的催化作用下，氢
转化为氦①。
这样所获得的能量自然比由湮灭理论而得的少些，因湮灭用去太阳的全
部质量，而由氢谊变为非氢只用去了质量的10％。于是太阳的辐射可以维持
100 万万（1010）年，这样长的时间已足够满足地质学者，虽然比较湮灭说所
说的万亿年要短些。恒星的年龄似乎也可能只是星系退行所需的时间的几
倍，我们得出的数量级约为几十万万年，譬如说2×109年。如果考虑到引力
收缩和放射物质所释放的能量，这数字还可能大一些。这个理论表明太阳和
恒星具有稳定性。这是这一理论被人相信的原因之一。
我们可将这些数字和地球的年龄比较，这年龄是根据各种岩石里放射元
素铀和钍与其蜕变后的产物两者的相对含量测定的。由这一研究求得地壳的
形成当不晚于16 万万（1。6×l09）年以前。
根据相对论，空间，或者时空，有某种自然曲率，这曲率在物质附近或
在电磁场里便会增加。这自然曲卒是与宇宙斥力等价的相对性。在单位距离，
这宇宙斥力是一个宇宙常数，常写为λ。这个常数的值，可由星系的迟行速
度并同时考虑万有引力而估计之。取爱丁顿的数字，星系的退行速度与距离
成正比，这速度是每百万秒差距每秒500 公里。在15000 万（1。5×l08）光
年处，这速度是每秒15，000 英里。在19 万万（1。9×109）光年处，它是每
秒190，000 英里，但是这个数字大过光速，显然是有错误存在。也许爱困斯
坦的或德·西特的闭合的时空（其中没有任何距离超过某一数量），可以拯
救我们的理论免于毁灭。
地质学
近年来，地质学的最重要的进展，是通过研究地球物理学而取得的。以
物理学的方法研究的结果说明，地球不恰是一个类球体，而是一个不规则的
①
G。Gamow，The Birth and Death of theSun； London，1941。
①
H。Jeffreys，TheEarth，Cambridge； 1929； EarthquakesandMountains。
形状，名叫“大地水准面”（geoid）。由物理学的方法也获得一些海陆表面
下的知识。
在地面各处精确测量重力的结果，有一些异常的情况。杰弗里斯
（Jeffreys）认为，这些异常的情况想必说明山岳不只为其下面的岩石所支
持，而且部分地为地壳的力量所支持。地壳有时受到很大应力。明内兹
（Meinesz）等人在东印度附近乘潜水艇观测，发现地壳上有一窄带，在不稳
定的平衡状态下，向下发生显著的弯曲。布拉德（Bullard）指出，非洲大裂
谷一带底部有重力反常现象；说明地壳的较轻物质，因受山谷两侧的向内推
力，而被挤下去。
地震观测，包含近震与远震两种地震的观测。近震波主要在地球表面或
地壳内传播，而远震波才经过地球的深层，有些甚至通过地心附近。杰弗里
斯认为，地震的研究，说明地壳是相当薄的一层（大约只有25 英里），地壳
里不同的物质分布在不同的地层之中。除了熟悉的凝结波与畸变波之外，现
在又发现别的低速波。对这些波的观测说明，不同地区上有反射与折射现象，
表明地壳内物质分布的不连续情况。经过地球内部的远震表明，地核的半径
大于地球的半径之半。需要固体介质传播的畸变波并不重新出现于地核之
外；因此地核可能是液体的，据杰弗里斯说，可能是铁或铁镍的熔液。
地面下几英尺的强烈火药爆炸，可以激起类似天然地震的波动。用地震
仪在若干选定地点对各种波到达时刻加以记录，可以测量其传达的速度。有
些波向下通过未凝固的结构在比较凝固的层上反射回来，形成“回声”，由
其反射所需的时间，可以求得这些层的深度。类似的方法可用以探寻油层，
并用于海底地质学，以绘London； 1935。O。T。Jones；“Geophysics〃，Proc。
Inst。 Civil Engineers；1936。E。C。Bullard； “。。 Geophysical study of
submarine geology〃；Nature， 1940； p。764。E。G。R。Taylor；HistoricalAssocion Pamphlet； No。126。海底的地貌图。美国地质调查学会发明一种方
法，从一个固定浮标上测量船只的距离：一个小炸弹由船上掷出，并记录其
时刻，声音在海面传播，使浮标上的一个扬声器与一具无线电发射机开始工
作，扬声器和发报机所发出的信号也在船只上加以记录；由这两种记录之间
的时间差便可推算距离。大部分美国沿海地貌是这样绘成的；在大陆架与其
外面的斜坡之间常有鲜明的界限。靠了观测波在岩层分界面处的反射，也获
得一些有用的知识，在软的岩层中间波行较慢，在硬的岩层中间波行较速。
不列颠群岛陆地是火成岩和早期水成岩的结构，但其附近的海底是较软和新
形成的水成岩的结构，这些岩石在距岸150 哩外，以百呎（600 呎）的测索
测量，深度差可达8000 呎之多。
第十二章科学的哲学及其展望
二十世纪的哲学——逻辑与数学——归纳法——自然律——认识论——
数学与自然界——物质的消灭——自由意志与决定论——机体概念——物理
学、意识与熵——天体演化学——科学、哲学与宗
二十世纪的哲学
教哲学思想的各个线索，已于第八章中讲到十九世纪，现在须追踪到二
十世纪了。
法国百科全书派所传授的哲学，本根源于牛顿的科学，其后又与达尔文
学说汇合而成德国的唯物主义。但在此以前，康德、黑格尔及其信徒已建立
起一个唯心主义的派别。此派在经院派哲学家中虽颇占优势，但引起科学家
的反感，因而大部分科学家唾弃哲学达一百多年之久。
1879 年，罗马教皇列奥八世（LeoⅧ）发出通谕，重新宣布圣托马斯·阿
奎那的学说为罗马教会的官方哲学，这使托马斯学说在天主教会思想学派中
又得复活。当时有人企图用现代知识或者说用正统神学家所能接受的那种现
代知识①，来诠释中世纪经院哲学。这种尝试的成果，或者可以说是使经院哲
学与其几门科学实现了妥协，而不是接受了整个科学精神。所以这些成果不
在我们讨论之列，我们须对其他方面的发展加以探讨叙述。
二十世纪的初年，多数科学家都不自觉地抱持一种朴素的唯物主义，或
者，如果他们对于这类问题的确予以考虑，则必倾向于马赫和皮尔生的现象
论，或海克尔或克利福德的进化一无论。
进化论在达尔文的谦逊的心目中，仅仅是科学上的一种学说，此学说或
者可以用自然选俘的假设加以部分的解释，但后来竟变456 成一种哲学，甚
至在有些人看来差不多成为一种信条了。进化论的生物学给予一般思想界的
真正教训是：任何事物都有其连续不断的变化，如果这种变化在与环境不合
的方向上走得很远，可能就有某种淘汰去加以制止。我们已经看见思想的各
部门如何次第接受这个教训，以及如何加以推广与加深。但这种科学学说正
当的影响，并不足以使它成为一个哲学体系，去说明实在的基础与意义。生
物学和占生物学说明，在数百万年间，从一个简单的始祖进化到了许多不同
而复杂的种属。但进化论的哲学家，自斯宾塞以来，都认这个过程是事物的
普遍定律。所以进化论虽然最初是与唯物主义决定论联系起来的，在一时期
中，竟成为乐观主义的哲学了。即令死亡仍是个人生命的结局，人们可能觉
得他自身总是有机体系中，或宇宙结构中，不断进化的连锁的一环。
近年以来，进化论的哲学家表现出一些新的趋势，特别是要用生物学作
为一条出路来逃避物理学的机械观点。柏格森更走极端，他不但要把物理学，
并且要把逻辑连同它的固定原则，一扫而空①。在他看来，生命乃不断转化的
宇宙长河，其中的分段只是虚幻的。实在可于生活中得到，而不能用理性加
以推敲。他承认终极因的说法，但是这些原因，和预定宿命论者所主张的原
① A Manual of Modern Scholastic Philosophy，chiefly by CardinalMercier，Eng； trans。2nd ed。 2 vols。London；
l917。
①
EvolutlonCrcotrlce，paris，1907， Eng：transLondon；1911。
因不同，是随着创造的进化而重新形成的。
因此，柏格森赞扬同理性相对立的本能与直觉�
