读马赫《感觉的分析》的一点体会

我研究理论物理凡50年，从未考虑过人对物理现象所产生的感觉与人的心理活动之间的关系。在中学的政治课中我就听说了唯物主义和唯心主义的概念，前者指出先有物质才有人的感觉（所谓物质第一性，意识第二性）。课本上说唯物主义是正确的，而唯心主义是荒谬的。有了这个从青年时就注入头脑的看法后，我就不再有也许会与感觉有违的想法。

后来学了狭义相对论，才知道人的感觉不完全可靠。例如，人们的感觉都认为确定的时间只有一个，直到爱因斯坦指出各个惯性坐标系的时间可以不同，才如梦初醒。时间这个东西，我国古人就感觉到它的存在，但还是有点不可捉摸，例如张若虚的《春江花月夜》中有这样的句子：

江天一色无纤尘，皎皎空中孤月轮。

江畔何人初见月？江月何年初照人？

人生代代无穷已，江月年年只相似。

不知江月待何人，但见长江送流水。

那么爱因斯坦为何能如此睿智，发现同时的相对性呢？这个问题我在脑子里思索了好久。直到有一天我在一个旧书店里买到了一本恩斯特·马赫的书《感觉的分析》，才似乎有了答案。

马赫写道：“物理学家的时间与时间感觉系统不一致。当物理学家要决定一段时间时，他用相同的或假定为相同的过程，如摆的振动、地球的旋转等作为度量的标准。这样，与时间感觉相联系的事实就受一个（物理）反应的制约，并且这个反应的结果，即所得到的数目代替了时间感觉，去对思想进展做更准确的决定。与此完全一样，我们调节我们关于热过程的思想，不是按照物体提供给我们的热感觉，而是按照这样一种更确定的感觉，这种感觉是通过察看水银柱的高度，从温度表的反应得来的。通常以空间感觉（地球的角度或表盘上的时计路程）代替时间感觉，又以一个数目代表空间感觉。”

读了这段话，就容易想到不同的惯性系上的人有他自己的钟，也许爱因斯坦所提出的同时的相对性以及时空一体观就是从马赫那里得到的启迪。马赫的系列书中对牛顿的绝对时间、绝对空间的批判（他认为物体并没有绝对的加速度，而只有相对于遥远星系的加速度）以及对惯性的理解，对爱因斯坦建立广义相对论起过积极的作用，成为后者写出引力场方程的依据。难怪爱因斯坦把马赫书中阐述的思想称为“马赫原理”。马赫的“物理学与心理学混合论”也在量子力学哥本哈根学派的一些物理学家中产生过强烈的反响。

例如，物理学家狄拉克曾说起过哥本哈根学派创始人尼尔斯·玻尔的一个小故事：有一次在离哥本哈根不远的地方散步时，玻尔让我们注意他的手杖，他说，“如果用这根手杖做观测的工具，那么在它撞击不同物体时，仿佛触觉是在手杖末端，而不是在握它的手上，尽管正是手接受撞击感觉的。手杖好像正是人手的延长”。

我的朋友何锐看了我这段文字，写信给我说：“马赫的思想基本上是唯心主义的（或者是心物一元论的）。我们对世界的认识无一不是直接或间接来自我们的感觉器官，很难想象出离开我们的感觉经验以外我们对世界还有什么确定不移的认知。而对感觉经验的综合和判断，又离不开人的意识，因而从这个态度出发引出唯心主义的世界观是在所难免的。但是，世界呈现给我们的绝不是那么简单。自然科学告诉我们，重复地做同一个实验都会得出相同的结果，而且这个结果可以用自然科学的原理来预测，既然如此，我们仿佛又不得不承认独立于人的意识之外有一个客观的世界——物质世界，这个客观世界受到严格的因果铁律宰制。如果人们的思想进一步延伸，就会觉得身体也是物质的，意识只不过是身体的物质反映，这样就形成了绝对的唯物主义世界观。但是，现代科学特别是量子力学的发展正在严峻地挑战纯粹唯物主义的思维模式。首先，量子力学的测量问题悬而未决，在其中仿佛需要意识的介入，这也给唯心论者的逆科学思考预留了一定的空间。量子力学中还有诸多问题，比如EPR佯谬涉及的全域相关性理念，这在爱因斯坦看来是幽灵般的超距作用，却成为量子信息理论的研究基础。马赫的感觉学说，与其说是唯心论，毋宁称其为心物一元论，因为它统合了物质和精神实体，代之以他所谓的‘要素’的复合体，因此他也消解了康德所谓的现象世界之外的本体（也即物自体）。马赫的学说从根本上而言是一种经验主义，他对科学的见解很独到，科学只能描述不能解释。为什么这么说呢？我以为在这里他肯定了真理的相对性，同时也给科学的本质下了一个定义，既然科学建立在概念的基础上，而概念无非是建立在感觉基础上的抽象物，我们没有理由认为科学描述的对象的客观性，其对应着真实不二的世界。”

马赫是一位具有批判精神的理论物理学家，在研究气体中物体的高速运动时发现了激波。马赫确定了以物速与声速的比值（即马赫数）为标准，来描述物体的超声速运动，1马赫=340 m/s，也就是声音的速度。

可惜，我国的物理教科书中似乎鲜有介绍马赫思想和著作的内容。