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从生理学到物理学的 亥姆霍兹 ——— 《论力的守恒》
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一、《守恒》之前亥姆霍兹在生理学方面的工作
亥姆霍兹《守恒》的发表对物理学和生理学等领域产生了很大影响。虽然他在《守恒》导言的一开始就强调论文主要是针对物理学家而写的, 但是, 在这之前他所有公开发表的5 篇论文都属于生理学领域, 而且有些在内容上与《守恒》确有关联之处, 这又让人们相信此前具体的生理学研究是《守恒》的直接思想来源。情况是否是这样? 如果是, 那么又在多大程度上产生了影响? 为了回答这些问题, 我们不妨考察一下亥姆霍兹《守恒》发表之前所做的工作。
亥姆霍兹所从事的科学研究, 最早可以追溯到19 世纪40 年代初期, 那个时候他还是威廉皇家医学院的一名学生, 正准备在生理学家缪勒( J. P. Mueller) 的指导下从事与博士论文有关的研究工作。他的博士论文题目为《无脊椎动物的神经系统结构》, 主要研究神经纤维与神经细胞之间的关系, 这也是他的第一篇学术论文。1842 年8 月, 当他把即将完成的博士论文交给导师缪勒时, 后者在询问了有关结论和结论所依据的基础等一些问题后, 示意让他再多做一些案例以便于最终证明他的结论, 这样既可以使论文的结论更具说服力, 也可以不用去担心日后的攻击。经过三个月的艰苦工作,亥姆霍兹顺利地通过了博士论文答辩。虽然一开始对论文的延期并不乐意, 但缪勒对严格的实验证据的重视还是给他留下了深刻印象, 而且这种研究方法成了他后来工作的重点。
博士论文一完成, 亥姆霍兹就转到了处于当时科学兴趣前沿的一个问题——发酵与腐败的本质, 这个问题由于李比希( J. Liebig ) 的工作而倍受关注。李比希一直反对由施旺(T. Schwan) 等人提出的酵母的活体本质理论, 而支持基于盖&吕萨克( J. L. Gay- Lussac) 实验的发酵与腐败的化学理论。在李比希看来, 发酵与腐败现象纯粹是一种化学现象, 与某些无机分解十分类似, 它们是由同一种原理支配的。受李比希的启发, 亥姆霍兹很快意识到这个问题和永久运动的不可能性之间的联系, 因为在他看来, 假设一种活力实际上就等于承认了永久运动的可能性, 而这种可能性早已被科学界所否定了。为了解决这个矛盾, 亥姆霍兹利用广泛的实验证据, 对企图将“活力” 引入科学解释的做法进行了攻击。从1843 年2 月开始, 由于实习任务有所减轻, 他可以抽出更多的时间在缪勒的实验室里研究腐败和发酵问题。这项研究结果最终以一篇题为《论发酵与腐败的本质》的论文而发表, 在论文中, 亥姆霍兹基于实验事实否定了自生现象, 部分驳斥了活力论的解释。然而, 尽管腐败过程可以独立于任何生命形式而发生, 但发酵却与引入的活体有关, 因而这篇论文并不能根本排除活力存在的可能。这样, 原本通过这个实验把有机过程还原为物理- 化学过程从而反对活力论的计划并没有获得成功, 必须找到一种新的方法。
1843 年10 月, 亥姆霍兹从柏林皇家医学院毕业后, 回到家乡波茨坦当了一名军医。尽管远离了柏林浓厚的学术氛围, 但他并没有因此放弃他所喜爱的科学研究。为了继续从事研究, 他在军营里建立了一个小型的物理学和生理学实验室, 同时这里也成了他和雷蒙( E. Reymond) 、布吕克( E.W. Brueck) 讨论重建生理学未来计划的地方。由于雷蒙等人的帮助, 亥姆霍兹的研究工作很快步入正轨, 他的研究兴趣也从发酵和腐败问题转向肌肉活动中产生的热的来源问题, 并进行一系列与之相关的实验。亥姆霍兹的这次转向非常重要, 也正是从这时起, 他开始关注一些实验证据, 这也为写《守恒》作了一些准备。
实际上, 关于动物热的来源问题一直是生理学的一个焦点问题, 它最初也是由李比希用来反对活力论而提出的, 经过深入的研究之后, 他使问题进一步具体化: 有机体产生的机械能和热是否完全来自自身的新陈代谢过程? 为了解决这个问题, 李比希提出了力的相关性原理, 也就是说力之间按一种常系数相互转化。在此基础上, 他在1842 年的《动物化学》中, 以燃烧学说为基础提出了动物热理论, 认为食物中的碳和氢燃烧所放出的热等于动物产生的热, 但是这种理论的预言值与杜隆( P. L. Dulong) 等人的实验测量值并不相符, 这为引入活力留下了空间。亥姆霍兹的生理学研究受到李比希很大影响, 克莱谟( R.L.Kremer) 甚至声称 “亥姆霍兹在1847 年之前所考虑的每一个生理学问题都已经完全被李比希界定好了”, 动物热问题也不例外。在找不出实验中错误的情况下, 为了解决李比希理论与杜隆等人实验之间的差别, 他只有寄希望于对理论的重新表述。亥姆霍兹认为动物所产生的所有肌肉的力和体热都来自于食物氧化所释放的化学力, 这实际上是对李比希燃烧理论的进一步扩展, 经过这样的改变, 预言值与测量值很好地吻合起来。不过, 在实验的确证上还存在很多问题, 这一困难直到《守恒》的发表仍然存在。这方面的研究最终于1845 年以《论肌肉活动中的新陈代谢》为题发表在《缪勒档案》中。
这样, 亥姆霍兹最初两项反活力论的工作并不成功, 第一项与发酵和腐败有关, 但因为结论有很大的不确定性而无法达到预期目的, 后一研究关于肌肉活动中的新陈代谢问题, 同样因为缺乏肌肉活动和产生的热之间的一种精确的关系而使结论变得有争议。不过, 亥姆霍兹在采用李比希的理论之后, 直接利用了机械力和有机体产生的热有一个共同的来源的观点, 这样就避免了活力论的解释。
1846 年, 在为医学百科全书撰写《生理学热》 一文时, 亥姆霍兹把他在动物热方面的一些最新的实验资料包括了进来。文章抓住了自然科学各个分支的历史发展, 试图为整个领域建立一种新的秩序, 从而清除当时流行的关于热的本质的各种错误观点。通过批判分析, 亥姆霍兹以定律的形式提出了对动物热现象研究有重要意义的结论: 两种或更多种成分在形成同样的产物时所放出的热的总量必然相等, 无论中间过程如何不同。因此, 他断言, 根据自然界中物质守恒原则, 动物体的实际温度只能来自外部食物所提供的热量。同年10 月, 亥姆霍兹写成了《关于1845 年动物热理论工作的报告》( 下文简称《报告》, 1847 年发表) , 在文中, 他指出热质理论是站不住脚的, 坚决提出要用热的动力学理论取代之。另外, 在《报告》中, 相关性原理已经从生理学扩展到物理学和化学的不同分支中, 显然, 这是亥姆霍兹普遍应用他的方法论的第一次尝试, 也是他最终阐述力的守恒原理的关键一步。就此而论, 这份《报告》意义重大, 虽然它在以前的相关研究中没有得到应有的注意。
不过, 尽管《报告》已经更为明确地表达了力的相关性, 而且亥姆霍兹也意识到它具有很大的普遍性,但是, 《报告》与最终的《守恒》的差别仍然很大。其一, 《报告》中虽然已经把相关性原理应用到分析一些物理化学规律中, 但它仍然主要用于解决生理学问题。其二, 《报告》中被考察的自然现象共同的度量单位是热而不是机械功, 这一点是非常重要的。因为只有把机械功确立为一种基本的能量转化的度量, 才能把所有自然现象表示成机械功的当量形式, 从而确定现象之间的转化关系, 最终达到在能量的概念框架下把自然界各种现象统一起来的目的。
通过对亥姆霍兹《守恒》之前工作的考察, 似乎可以看到《守恒》与此前工作之间的相关性。然而, 如果说《守恒》直接来源于生理学研究, 那么新的问题就出现了。因为《守恒》只对一些已知结果作了重新解释,并没有涉及什么新的实验, 而且《守恒》中生理学方面的内容只有很少的几句, 这些又在某种意义上否定了生理学研究为《守恒》提供了充分的理论或实验支持。再者, 亥姆霍兹在《守恒》导言的一开始就把整个论述放在两个假设基础之上, 即永久运动的不可能性和牛顿中心力假说 , 除此之外, 文章多处渗透把自然过程还原成一般原理的思想。从这些方面来看, 《守恒》又的确与此前的研究没有直接的联系。
那么, 这两个假设及还原思想从何而来? 下文的论述也许可以提供部分线索或回答。
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二、永久运动的不可能性与反活力论
18 世纪末19 世纪初, 德国科学完全被自然哲学所笼罩, 自然科学研究越来越脱离实际, 并因此对科学造成了极大的破坏。活力论是这种自然哲学的一种典型的表现形式。在这种情况下, 人们一直热衷讨论的永久运动问题, 也常常与活力论密切联系在一起, 这种联系甚至达到了相互依存的程度。不过, 随着热学理论的发展, 人们开始意识到建造一种永动机是不可能的。因此, 要证明永久运动的不可能性, 就必须取消活力论。这样, 19 世纪前几十年德国生物学的首要任务就是用科学的方法把有机过程还原成物理-化学过程, 从而反对活力论。亥姆霍兹职业生涯早期就处在这样的反活力论传统中, 而且他所处的缪勒的学生圈子中的大多数人都是反活力论的重要人物, 如施旺、雷蒙和布吕克等人。
缪勒在德国生理学发展中起到了非常特殊的作用。一方面, 他早期是一位自然哲学的忠实支持者, 虽然在1827 年之后有了很大变化, 但自然哲学的影响并没有彻底消除掉。另一方面, 缪勒又是一个善于接受不同方法的人, 在研究有机功能时, 他采用了一种几乎实证主义的方法, 而且还常常鼓励进行物理学和化学研究。宽松的研究环境和易于接受的气氛, 加上一批具有教学和研究功能的实验室, 使得缪勒周围聚集了一群杰出的年青人, 如施旺、雷蒙、布吕克和亥姆霍兹等人。正是这些人发展和完善了还原论, 即用物理和化学方法研究生命现象, 使之成为德国19 世纪生理学的一个重要特征。因此, 门德尔松( E. Mendel--sohn) 说, 缪勒是生理学里的一位杰出人物, 与其说是因为他个人的科学发现, 不如说是因为他为整个一代人所提供的训练方法, 这些人自己继续贯彻一些新的生理学实验方法, 而更重要的是, 他们占据了德国大学许多生理学的教授职位。
1833 年, 缪勒调任柏林大学生理学教授, 这个时候他还明显是一位活力论者。他一直非常关注有机与无机现象之间的关系, 并把诸如 “有机物与无机物在物质组成上有区别吗?” 这类问题写在其著名的《生理学知识大纲》的首页上提供给读者。缪勒也试图回答这类问题, 然而, 经过一番的证据比较之后, 他否认了有机力和无机力的同一性, 并指出, 无法用无机力取代解释有机事件的特殊的力( 即活力) 。
然而, 缪勒的主张遭到了施旺、雷蒙和布吕克等人的质疑。
最早提出不同看法的是施旺, 早在1835 年, 他就在他的笔记本中记录了对生理学现象进行物理测量的创造, 并做了有关肌肉收缩的一些实验。由于这些工作, 施旺成为德国19 世纪40、50 年代生理学中新的物理- 化学方法的重要开创者。对于这一点, 雷蒙写到, “施旺是我崇拜的人物, 他做实验的方法是独特的。他的书中的理论部分太妙了, 以至于无法衡量。”施旺的另一项重要工作是建立细胞学说, 它是为了寻找与活力有关的问题的答案而提出的。他试图在细胞层次上, 证明所有的动物和植物之间具有相似性, 这显然直接挑战了当时盛行的活力论观点。因为根据活力论, 整个有机体所持有的力量要比各个部分力量之和大。而施旺则认为基本的有机过程发生在细胞层次上而不是整个有机体层次上。他主张用结晶化过程来解释细胞的形成与发展, 也就是说采用无机晶体发展到细胞的解释, 这种理论后来被雷蒙和布吕克所用。
施旺提出的新的解释生物现象的方法在当时获得了一定的成功, 然而, 并不是所有的德国生理学家都沿着施旺的路线而坚持物理- 化学解释。但是, 已经有了一个足够大的群体在采用这种方法, 这样, 19 世纪中期德国生理学给人留下了还原论的印象。正当施旺新方法得到越来越多人接受的时候, 雷蒙和布吕克也加入到这场用还原论方法反对活力论, 从而重建德国生理学的运动之中。
差不多正当施旺准备去鲁汶大学时, 雷蒙和布吕克来到了缪勒实验室。与施旺一样, 他们也不赞同缪勒的活力论思想。为了找到一种具有说服力的方法以反驳缪勒的结论, 他们研究了一些关于有机体的物理学和化学现象。除了具体的实验研究之外, 雷蒙与布吕克还一直试图寻找那些能为他们的还原论提供说明的理论。最初, 他们把希望寄托在施旺的细胞理论上, 认为这一理论可以支持他们还原论的观点, 并希望用它来揭示有机和无机现象之间的同一性。而且自从施旺的细胞理论建立之后, 已经有一些年青的生理学家开始重视这一理论, 并把它广泛用于解剖学和胚胎学等学科中, 逐步显示了细胞理论有着多方面的应用价值。这一切无疑正是雷蒙和布吕克所希望看到的, 更重要的是, 细胞理论把细胞增长解释为一种结晶形式——— 一种化学现象, 它为联系有机与无机过程提供了可能性。
不过, 在缪勒的个人权威和当时占统治地位的活力论的影响下, 柏林的生理学家中很少有人接受施旺关于细胞增长的假说, 他们认为细胞增长和结晶之间并没有多少相似之处, 而且在其它自然现象中也很少看到这种相似性。因此, 他们主张生命过程实质上不同于物理过程, 有机现象应该有自己的一些特殊的规律, 对有机现象进行因果解释是不可能的。这样, 雷蒙和布吕克最初的期望并未实现, 还原论思想的确立需要更多人的支持和证明。亥姆霍兹与他们的最早接触正是在这个时候。
1842 年, 亥姆霍兹由于跟随缪勒做博士论文也进入了缪勒的学生圈子中, 并与雷蒙和布吕克结下了深厚的友谊。他们彼此之间友好地交谈, 并就一些问题深入地交换彼此的看法。这种氛围给亥姆霍兹留下深刻的印象, “ 任何与第一流人物接触的人都会改变生命中的价值尺度。这种思想上的接触是生活所能提供的最有意义的事情。” 缪勒的学生都有一种强烈的反活力论倾向, 他们试图把生理学与物理学连接起来, 把生理学结论置于一个更为精确的基础上。在这些方面, 亥姆霍兹与他们有很多的相似性, 因此他很快就加入到雷蒙等人提倡的依靠还原论重建生理学的计划之中。虽然亥姆霍兹的加入进一步支持了还原论, 但在面对活力论时, 他们仍然处于两难的困境之中。一方面, 他们很难找到直接证据反驳活力论观点; 另一方面, 他们又不愿接受活力概念并且拒绝把它置于生理学解释的中心地位。因此, 要摆脱这个困境, 必须寻找其它办法。经过一段时间的考虑, 他们最终找到了一种解决办法, 这个办法不是来自于对活力论的直接批判, 而是重新界定了问题。他们坚决认为, 只存在一种有效的解释, 它是依据于引力和斥力而作出的, 因此, 这种解释对物理科学和生物科学是普遍有效的。这样, 问题经过重新界定之后, 比原来的提法有了更多的哲学意味, 它旨在分析所有解释的本质, 而不是从一些给定的经验数据去建构一种特殊的解释。
雷蒙在写给好友赫尔曼( E. Hallmann) 的信中, 首先表述了这种还原论思想。他说"布吕克和我已经确定这样一个事实, 在有机体中起作用的只有普通的物理和化学的力; 假如现在它们还不足以作为一个充分的解释, 要么是因为物理化学方法必须用于确定这些力的作用, 要么因为必须假设这些新的力...... 始终能够还原成吸引或排斥的部分。" 从信中可以看出, 雷蒙的思想是基于一个严密推理的观点之上而形成的。当然, 要证明这种还原论的认识论基础, 还需要更多的论据。不过, 雷蒙和布吕克断言引力和斥力是唯一科学解释的基础的这一推理过程, 很有可能与他们后来的主张是一致的, 因为还没有证据表明他们在亥姆霍兹发表《守恒》之前曾修改过观点。相反, 很多迹象表明, 随着时间的流逝, 他们越来越坚信他们的逻辑推理过程。这一点从1845 年亥姆霍兹加入柏林物理学会时, 雷蒙的欣喜态度可以看出, 他说他们的新朋友“在世界观方面完全站在对我们有利的情况” 。关于还原论立场的完整表述, 最终出现在1847 年亥姆霍兹的《守恒》一文中。为了使物理学家们能够接受它, 在送交柏林物理学会和马格努斯的论文中, 亥姆霍兹删掉了哲学味很浓的导言部分, 但最终还是被波根道夫主编的《物理学和化学年鉴》拒绝, 后来只有通过私人方式出版。
总的来说, 雷蒙、布吕克和亥姆霍兹等人提出的还原论与当时德国科学中的反活力论的思想氛围是相符的。由于从经验上难以完全摆脱活力论者所持有的根深蒂固的观念, 因而他们只有从认识论上对活力论进行攻击。为了避免与活力论有直接的冲突, 他们承认生命现象中存在有机原因的可能性, 不过, 这些原因与无机原因必定具有某些共同的成分, 一切有机和无机变化都是运动所致, 而运动则是由运动力引起的。因此, 运动力即吸引和排斥的力, 是一切自然现象的原因。这样, 生命现象与物理现象在中心引力和斥力基础上得到了解释, 而不再需要引入活力。反活力论的成功, 从根本上否定了永久运动存在的可能性, 这也为亥姆霍兹的“守恒” 提供了一个重要的思想来源。
三、康德哲学对《守恒》的影响
亥姆霍兹后来在对《守恒》的多次说明中曾声称, 对力的守恒的兴趣不是来自生理学中的经验问题, 而是源自年青时期所持有的赞成永久运动不可能性原理的倾向( 这与反活力论有关) , 并且他还强调《守恒》的导言部分受到康德认识论相当大的影响。因此, 如果说反活力论传统为《守恒》的永久运动的不可能性假设提供了思想来源, 那么牛顿中心力的思想来源则可以从康德哲学中的相关论述中去寻找。
康德哲学对亥姆霍兹的影响, 最初缘于他有一个哲学传统的家庭。亥姆霍兹孩提时代父亲与同事之间一些激烈的哲学讨论, 激发了他一生对认识论问题的兴趣。在这些哲学讨论中, 很多是关于康德和费希特哲学的。老亥姆霍兹是一个非常热爱哲学的中学教师, 除了教亥姆霍兹学习法语、英语和古典语言以及其它知识之外, 他还非常重视培养亥姆霍兹的哲学思想, 努力把亥姆霍兹引向康德和费希特等人的哲学, 以及从他们的哲学观点出发去研究自然界的方法。甚至在亥姆霍兹随着科学研究的深入而走向背离形而上学的思辨时, 父亲还不失时机地向儿子灌输他自己的形而上学信念, 尽其所能地去动摇亥姆霍兹的思想和实验方法。
进入威廉皇家医学院后, 亥姆霍兹利用业余时间认真读过康德哲学, 有时甚至达到痴迷的程度。值得一提的是, 亥姆霍兹从接受学校教育到发表《守恒》的这段时间, 正是德国反形而上学的顶峰时期, 这种形而上学以纯粹的抽象思辨为主要特征, 认为不需要通过观察和搜集经验资料, 就可以直接得到科学的结论, 因为这些结论可以从哲学思想中推出。在这种情况下, 很多人回到了康德哲学那里, 利用康德哲学的某些思想作为反形而上学的武器, 揭露形而上学的荒谬之处。亥姆霍兹大学时代的逻辑学老师贝内克( F.E. Beneke) 就是一位康德哲学的坚定支持者, 他曾断言, “康德哲学在其最纯粹的形式上将战胜那些形而上学的方法。因此, 康德哲学必将成为我们未来的唯一哲学。”另外, 雷蒙和布吕克也都是康德哲学的支持者, 尤其是前者, 在为还原论思想寻找认识论上的依据时, 他很大程度上是依靠于康德哲学中的一些概念范畴, 有的学者曾把雷蒙所定义的引力和斥力、运动等概念与康德的论述作过比较, 发现两者间有很大的相似性。
尽管从亥姆霍兹的成长经历中, 很容易让人联想到他可能受到康德哲学的影响, 但这显然是不够的。真正揭示这种影响的, 是他在几次演讲和晚年对科学论文所作的一些注释中曾多次提到或引用康德的观点, 尤其是在1881 年编辑他的科学论文集时, 他在《守恒》一文的注释中指出, “导言中的哲学讨论受到康德认识论观点相当大的影响, 我仍然认为这些是对的”。正是基于这个注释, 哈曼( P. M.Heimann) 等人作出亥姆霍兹受到康德哲学的影响结论。虽然亥姆霍兹后来对导言中的哲学论述进行了一些修正, 但至少可以说明1847 年之前亥姆霍兹是很赞成康德哲学的, 尤其是认识论方面的内容。
《守恒》一文由一个简短的导言和正文六章内容组成。在导言中亥姆霍兹为全文制定的一个写作计划以及所采用的论证方法。导言的结构非常清晰严谨, 形成一个四层的等级结构。处于第一层的是两个物理假设即牛顿的中心力和永久运动的不可能性原理, 这是整个论文论证的基础; 基于这两个假设, 亥姆霍兹为永久运动的不可能性提供了数学表述并进行推广从而得出力的守恒原理, 这是第二层次; 处于第三层次的是比力的守恒原理的普遍性要低一些的经验定律; 而最后一层是不同物理学领域内的自然现象。
导言有很强的认识论和方法论特征, 而且又在一些主要概念的描述上与康德的说法存在很大的相似性, 这些为作出导言受到康德哲学某些观点的影响的结论提供了依据。另外, 考虑到亥姆霍兹在一些场合已经明确承认康德认识论观点对《守恒》导言的影响, 为此, 我们就可以将两者就某些共同概念所作的有关阐述作一些比较, 看看它们之间有无相似或相同之处。
比较略（就是 “运动、空间、关系、感知” 的一些东西）
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通过对比, 可以看出亥姆霍兹与康德在一些主要概念的论述上有诸多相似之处。另外, 从导言中作者所要实现的意图和采取的方法来看, 《守恒》的导言与康德著作《自然科学的形而上学基础》 ( 下文简称《基础》) 也有很大的相似性。《基础》是康德对自然科学进行论述的少数著作之一, 也是最具代表性的。在《基础》中, 康德力图从动量学、动力学、机械学和现象学四个方面为物质概念提供形而上学的解释, 以达到要论证牛顿科学的可能性的目的。因为在康德看来, 一切本义上的自然科学都需要一个纯粹的部分, 在它上面可以建立起理性在其中所寻求的确定性, 这个纯粹部分就是形而上学, 因而自然科学要以自然的形而上学为前提。在此基础上, 康德认为要使形而上学有一个完善的构架, 就需要有量、质、关系和形式四类范畴。他认为自然科学通常就是一种或者纯粹、或者应用的运动学说, 所以, 自然科学的形而上学基础就要置于四大部分之下, 即运动学、动力学、机械学和现象学四个部分。这样, 只要能为以上四个方面建立起形而上学基础, 那么自然科学也就有了形而上学的基础。
而在《守恒》导言的一开始, 亥姆霍兹就明确提出了他的观点, “自然界所有作用都可以还原为引力和斥力” , 这实际上就是要为力寻求一种本体论的地位, 也就是要把力建立形而上学的基础之上。
为了充分论证牛顿的中心力规律是自然界的可理解性的基础, 亥姆霍兹同样在《守恒》的导言中采用了一种四重结构的方法, 《基础》与《守恒》导言之间的详细比较如下表所示。
（略）
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从以上两个方面的对比来看, 亥姆霍兹的《守恒》, 尤其是导言部分确实与康德哲学的某些内容有着一定程度的类似。然而, 这种结论还只是一种推测, 我们并不能给出更为有力的直接证据, 因为从现有的研究和资料来看, 并不能证明亥姆霍兹曾读过《基础》这部著作, 尽管亥姆霍兹本人多次声称他受到康德认识论观点相当大的影响。总之, 导言规定了《守恒》的写作计划, 因此导言中所阐述的观点对理解《守恒》的思想来源是至关重要的。通过对反活力论和康德哲学所作的考察, 可以看出这两个方面确实对《守恒》产生了重要影响, 这种影响比起受到他此前在生理学领域中所做的具体研究而言更为深入, 不过, 我们并不能否认生理学中的具体工作作为《守恒》思想之根源的可能性, 因而承认思想的多源性可能是一种比较客观的态度。
四、结 语
1847 年2 月, 亥姆霍兹把《守恒》导言的草稿送给雷蒙时, 后者称赞它是“一篇对任何时代都有重要科学意义的历史文献 ” 。这或许带有朋友间的热情因素, 但此后科学的发展恰恰证明这种评价是恰当的。几乎在50 年后, 亥姆霍兹还打算把导言中的同样概念应用到他的理论物理学的系列讲座中。
而90 年后爱因斯坦在《物理学的进化》一书中则把它作为机械自然观的规范而加以引用, 直到今天, 它仍然是方法论争论的焦点。总之, 《守恒》是一篇具有划时代意义的论文, 如果在一个特定时代背景下去认识它, 其意义则更为突出, 这一点用麦克斯韦的一段话来表达可能更为准确, 他说, “ 要认识亥姆霍兹《论力的守恒》这篇短文章的科学价值, 我们应该去问问我们把热力学和现代物理学其他分支中的一些最伟大发现归功于他们的那些人, 他们曾多少次反复读了这篇短文章, 以及在他们的研究当中, 有多少次感觉到亥姆霍兹强有力的说明像一种无法抵抗的推动力量影响着他们的想法。”
这也是本文分析这篇经典文献的目的之所在。
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注：科学并不解决你的问题，只能一个细胞一个细胞研究。
对此，我只能对功利性的同学报以sorry
其实很多人学习科学，有的是为了拿证，有的是为了出人头地，有的是为了解决自己的问题。 （统统sorry，解决不了你的问题）
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还有启发式方法，不能代替事实本身。让哲学滚蛋 （甚至包括方法论）
“可能是什么”， “和事实是什么” ，有着重要的差别。
亥姆霍兹《守恒》的发表对物理学和生理学等领域产生了很大影响。虽然他在《守恒》导言的一开始就强调论文主要是针对物理学家而写的, 但是, 在这之前他所有公开发表的5 篇论文都属于生理学领域, 而且有些在内容上与《守恒》确有关联之处, 这又让人们相信此前具体的生理学研究是《守恒》的直接思想来源。情况是否是这样? 如果是, 那么又在多大程度上产生了影响? 为了回答这些问题, 我们不妨考察一下亥姆霍兹《守恒》发表之前所做的工作。
亥姆霍兹所从事的科学研究, 最早可以追溯到19 世纪40 年代初期, 那个时候他还是威廉皇家医学院的一名学生, 正准备在生理学家缪勒( J. P. Mueller) 的指导下从事与博士论文有关的研究工作。他的博士论文题目为《无脊椎动物的神经系统结构》, 主要研究神经纤维与神经细胞之间的关系, 这也是他的第一篇学术论文。1842 年8 月, 当他把即将完成的博士论文交给导师缪勒时, 后者在询问了有关结论和结论所依据的基础等一些问题后, 示意让他再多做一些案例以便于最终证明他的结论, 这样既可以使论文的结论更具说服力, 也可以不用去担心日后的攻击。经过三个月的艰苦工作,亥姆霍兹顺利地通过了博士论文答辩。虽然一开始对论文的延期并不乐意, 但缪勒对严格的实验证据的重视还是给他留下了深刻印象, 而且这种研究方法成了他后来工作的重点。
博士论文一完成, 亥姆霍兹就转到了处于当时科学兴趣前沿的一个问题——发酵与腐败的本质, 这个问题由于李比希( J. Liebig ) 的工作而倍受关注。李比希一直反对由施旺(T. Schwan) 等人提出的酵母的活体本质理论, 而支持基于盖&吕萨克( J. L. Gay- Lussac) 实验的发酵与腐败的化学理论。在李比希看来, 发酵与腐败现象纯粹是一种化学现象, 与某些无机分解十分类似, 它们是由同一种原理支配的。受李比希的启发, 亥姆霍兹很快意识到这个问题和永久运动的不可能性之间的联系, 因为在他看来, 假设一种活力实际上就等于承认了永久运动的可能性, 而这种可能性早已被科学界所否定了。为了解决这个矛盾, 亥姆霍兹利用广泛的实验证据, 对企图将“活力” 引入科学解释的做法进行了攻击。从1843 年2 月开始, 由于实习任务有所减轻, 他可以抽出更多的时间在缪勒的实验室里研究腐败和发酵问题。这项研究结果最终以一篇题为《论发酵与腐败的本质》的论文而发表, 在论文中, 亥姆霍兹基于实验事实否定了自生现象, 部分驳斥了活力论的解释。然而, 尽管腐败过程可以独立于任何生命形式而发生, 但发酵却与引入的活体有关, 因而这篇论文并不能根本排除活力存在的可能。这样, 原本通过这个实验把有机过程还原为物理- 化学过程从而反对活力论的计划并没有获得成功, 必须找到一种新的方法。
1843 年10 月, 亥姆霍兹从柏林皇家医学院毕业后, 回到家乡波茨坦当了一名军医。尽管远离了柏林浓厚的学术氛围, 但他并没有因此放弃他所喜爱的科学研究。为了继续从事研究, 他在军营里建立了一个小型的物理学和生理学实验室, 同时这里也成了他和雷蒙( E. Reymond) 、布吕克( E.W. Brueck) 讨论重建生理学未来计划的地方。由于雷蒙等人的帮助, 亥姆霍兹的研究工作很快步入正轨, 他的研究兴趣也从发酵和腐败问题转向肌肉活动中产生的热的来源问题, 并进行一系列与之相关的实验。亥姆霍兹的这次转向非常重要, 也正是从这时起, 他开始关注一些实验证据, 这也为写《守恒》作了一些准备。
实际上, 关于动物热的来源问题一直是生理学的一个焦点问题, 它最初也是由李比希用来反对活力论而提出的, 经过深入的研究之后, 他使问题进一步具体化: 有机体产生的机械能和热是否完全来自自身的新陈代谢过程? 为了解决这个问题, 李比希提出了力的相关性原理, 也就是说力之间按一种常系数相互转化。在此基础上, 他在1842 年的《动物化学》中, 以燃烧学说为基础提出了动物热理论, 认为食物中的碳和氢燃烧所放出的热等于动物产生的热, 但是这种理论的预言值与杜隆( P. L. Dulong) 等人的实验测量值并不相符, 这为引入活力留下了空间。亥姆霍兹的生理学研究受到李比希很大影响, 克莱谟( R.L.Kremer) 甚至声称 “亥姆霍兹在1847 年之前所考虑的每一个生理学问题都已经完全被李比希界定好了”, 动物热问题也不例外。在找不出实验中错误的情况下, 为了解决李比希理论与杜隆等人实验之间的差别, 他只有寄希望于对理论的重新表述。亥姆霍兹认为动物所产生的所有肌肉的力和体热都来自于食物氧化所释放的化学力, 这实际上是对李比希燃烧理论的进一步扩展, 经过这样的改变, 预言值与测量值很好地吻合起来。不过, 在实验的确证上还存在很多问题, 这一困难直到《守恒》的发表仍然存在。这方面的研究最终于1845 年以《论肌肉活动中的新陈代谢》为题发表在《缪勒档案》中。
这样, 亥姆霍兹最初两项反活力论的工作并不成功, 第一项与发酵和腐败有关, 但因为结论有很大的不确定性而无法达到预期目的, 后一研究关于肌肉活动中的新陈代谢问题, 同样因为缺乏肌肉活动和产生的热之间的一种精确的关系而使结论变得有争议。不过, 亥姆霍兹在采用李比希的理论之后, 直接利用了机械力和有机体产生的热有一个共同的来源的观点, 这样就避免了活力论的解释。
1846 年, 在为医学百科全书撰写《生理学热》 一文时, 亥姆霍兹把他在动物热方面的一些最新的实验资料包括了进来。文章抓住了自然科学各个分支的历史发展, 试图为整个领域建立一种新的秩序, 从而清除当时流行的关于热的本质的各种错误观点。通过批判分析, 亥姆霍兹以定律的形式提出了对动物热现象研究有重要意义的结论: 两种或更多种成分在形成同样的产物时所放出的热的总量必然相等, 无论中间过程如何不同。因此, 他断言, 根据自然界中物质守恒原则, 动物体的实际温度只能来自外部食物所提供的热量。同年10 月, 亥姆霍兹写成了《关于1845 年动物热理论工作的报告》( 下文简称《报告》, 1847 年发表) , 在文中, 他指出热质理论是站不住脚的, 坚决提出要用热的动力学理论取代之。另外, 在《报告》中, 相关性原理已经从生理学扩展到物理学和化学的不同分支中, 显然, 这是亥姆霍兹普遍应用他的方法论的第一次尝试, 也是他最终阐述力的守恒原理的关键一步。就此而论, 这份《报告》意义重大, 虽然它在以前的相关研究中没有得到应有的注意。
不过, 尽管《报告》已经更为明确地表达了力的相关性, 而且亥姆霍兹也意识到它具有很大的普遍性,但是, 《报告》与最终的《守恒》的差别仍然很大。其一, 《报告》中虽然已经把相关性原理应用到分析一些物理化学规律中, 但它仍然主要用于解决生理学问题。其二, 《报告》中被考察的自然现象共同的度量单位是热而不是机械功, 这一点是非常重要的。因为只有把机械功确立为一种基本的能量转化的度量, 才能把所有自然现象表示成机械功的当量形式, 从而确定现象之间的转化关系, 最终达到在能量的概念框架下把自然界各种现象统一起来的目的。
通过对亥姆霍兹《守恒》之前工作的考察, 似乎可以看到《守恒》与此前工作之间的相关性。然而, 如果说《守恒》直接来源于生理学研究, 那么新的问题就出现了。因为《守恒》只对一些已知结果作了重新解释,并没有涉及什么新的实验, 而且《守恒》中生理学方面的内容只有很少的几句, 这些又在某种意义上否定了生理学研究为《守恒》提供了充分的理论或实验支持。再者, 亥姆霍兹在《守恒》导言的一开始就把整个论述放在两个假设基础之上, 即永久运动的不可能性和牛顿中心力假说 , 除此之外, 文章多处渗透把自然过程还原成一般原理的思想。从这些方面来看, 《守恒》又的确与此前的研究没有直接的联系。
那么, 这两个假设及还原思想从何而来? 下文的论述也许可以提供部分线索或回答。
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二、永久运动的不可能性与反活力论
18 世纪末19 世纪初, 德国科学完全被自然哲学所笼罩, 自然科学研究越来越脱离实际, 并因此对科学造成了极大的破坏。活力论是这种自然哲学的一种典型的表现形式。在这种情况下, 人们一直热衷讨论的永久运动问题, 也常常与活力论密切联系在一起, 这种联系甚至达到了相互依存的程度。不过, 随着热学理论的发展, 人们开始意识到建造一种永动机是不可能的。因此, 要证明永久运动的不可能性, 就必须取消活力论。这样, 19 世纪前几十年德国生物学的首要任务就是用科学的方法把有机过程还原成物理-化学过程, 从而反对活力论。亥姆霍兹职业生涯早期就处在这样的反活力论传统中, 而且他所处的缪勒的学生圈子中的大多数人都是反活力论的重要人物, 如施旺、雷蒙和布吕克等人。
缪勒在德国生理学发展中起到了非常特殊的作用。一方面, 他早期是一位自然哲学的忠实支持者, 虽然在1827 年之后有了很大变化, 但自然哲学的影响并没有彻底消除掉。另一方面, 缪勒又是一个善于接受不同方法的人, 在研究有机功能时, 他采用了一种几乎实证主义的方法, 而且还常常鼓励进行物理学和化学研究。宽松的研究环境和易于接受的气氛, 加上一批具有教学和研究功能的实验室, 使得缪勒周围聚集了一群杰出的年青人, 如施旺、雷蒙、布吕克和亥姆霍兹等人。正是这些人发展和完善了还原论, 即用物理和化学方法研究生命现象, 使之成为德国19 世纪生理学的一个重要特征。因此, 门德尔松( E. Mendel--sohn) 说, 缪勒是生理学里的一位杰出人物, 与其说是因为他个人的科学发现, 不如说是因为他为整个一代人所提供的训练方法, 这些人自己继续贯彻一些新的生理学实验方法, 而更重要的是, 他们占据了德国大学许多生理学的教授职位。
1833 年, 缪勒调任柏林大学生理学教授, 这个时候他还明显是一位活力论者。他一直非常关注有机与无机现象之间的关系, 并把诸如 “有机物与无机物在物质组成上有区别吗?” 这类问题写在其著名的《生理学知识大纲》的首页上提供给读者。缪勒也试图回答这类问题, 然而, 经过一番的证据比较之后, 他否认了有机力和无机力的同一性, 并指出, 无法用无机力取代解释有机事件的特殊的力( 即活力) 。
然而, 缪勒的主张遭到了施旺、雷蒙和布吕克等人的质疑。
最早提出不同看法的是施旺, 早在1835 年, 他就在他的笔记本中记录了对生理学现象进行物理测量的创造, 并做了有关肌肉收缩的一些实验。由于这些工作, 施旺成为德国19 世纪40、50 年代生理学中新的物理- 化学方法的重要开创者。对于这一点, 雷蒙写到, “施旺是我崇拜的人物, 他做实验的方法是独特的。他的书中的理论部分太妙了, 以至于无法衡量。”施旺的另一项重要工作是建立细胞学说, 它是为了寻找与活力有关的问题的答案而提出的。他试图在细胞层次上, 证明所有的动物和植物之间具有相似性, 这显然直接挑战了当时盛行的活力论观点。因为根据活力论, 整个有机体所持有的力量要比各个部分力量之和大。而施旺则认为基本的有机过程发生在细胞层次上而不是整个有机体层次上。他主张用结晶化过程来解释细胞的形成与发展, 也就是说采用无机晶体发展到细胞的解释, 这种理论后来被雷蒙和布吕克所用。
施旺提出的新的解释生物现象的方法在当时获得了一定的成功, 然而, 并不是所有的德国生理学家都沿着施旺的路线而坚持物理- 化学解释。但是, 已经有了一个足够大的群体在采用这种方法, 这样, 19 世纪中期德国生理学给人留下了还原论的印象。正当施旺新方法得到越来越多人接受的时候, 雷蒙和布吕克也加入到这场用还原论方法反对活力论, 从而重建德国生理学的运动之中。
差不多正当施旺准备去鲁汶大学时, 雷蒙和布吕克来到了缪勒实验室。与施旺一样, 他们也不赞同缪勒的活力论思想。为了找到一种具有说服力的方法以反驳缪勒的结论, 他们研究了一些关于有机体的物理学和化学现象。除了具体的实验研究之外, 雷蒙与布吕克还一直试图寻找那些能为他们的还原论提供说明的理论。最初, 他们把希望寄托在施旺的细胞理论上, 认为这一理论可以支持他们还原论的观点, 并希望用它来揭示有机和无机现象之间的同一性。而且自从施旺的细胞理论建立之后, 已经有一些年青的生理学家开始重视这一理论, 并把它广泛用于解剖学和胚胎学等学科中, 逐步显示了细胞理论有着多方面的应用价值。这一切无疑正是雷蒙和布吕克所希望看到的, 更重要的是, 细胞理论把细胞增长解释为一种结晶形式——— 一种化学现象, 它为联系有机与无机过程提供了可能性。
不过, 在缪勒的个人权威和当时占统治地位的活力论的影响下, 柏林的生理学家中很少有人接受施旺关于细胞增长的假说, 他们认为细胞增长和结晶之间并没有多少相似之处, 而且在其它自然现象中也很少看到这种相似性。因此, 他们主张生命过程实质上不同于物理过程, 有机现象应该有自己的一些特殊的规律, 对有机现象进行因果解释是不可能的。这样, 雷蒙和布吕克最初的期望并未实现, 还原论思想的确立需要更多人的支持和证明。亥姆霍兹与他们的最早接触正是在这个时候。
1842 年, 亥姆霍兹由于跟随缪勒做博士论文也进入了缪勒的学生圈子中, 并与雷蒙和布吕克结下了深厚的友谊。他们彼此之间友好地交谈, 并就一些问题深入地交换彼此的看法。这种氛围给亥姆霍兹留下深刻的印象, “ 任何与第一流人物接触的人都会改变生命中的价值尺度。这种思想上的接触是生活所能提供的最有意义的事情。” 缪勒的学生都有一种强烈的反活力论倾向, 他们试图把生理学与物理学连接起来, 把生理学结论置于一个更为精确的基础上。在这些方面, 亥姆霍兹与他们有很多的相似性, 因此他很快就加入到雷蒙等人提倡的依靠还原论重建生理学的计划之中。虽然亥姆霍兹的加入进一步支持了还原论, 但在面对活力论时, 他们仍然处于两难的困境之中。一方面, 他们很难找到直接证据反驳活力论观点; 另一方面, 他们又不愿接受活力概念并且拒绝把它置于生理学解释的中心地位。因此, 要摆脱这个困境, 必须寻找其它办法。经过一段时间的考虑, 他们最终找到了一种解决办法, 这个办法不是来自于对活力论的直接批判, 而是重新界定了问题。他们坚决认为, 只存在一种有效的解释, 它是依据于引力和斥力而作出的, 因此, 这种解释对物理科学和生物科学是普遍有效的。这样, 问题经过重新界定之后, 比原来的提法有了更多的哲学意味, 它旨在分析所有解释的本质, 而不是从一些给定的经验数据去建构一种特殊的解释。
雷蒙在写给好友赫尔曼( E. Hallmann) 的信中, 首先表述了这种还原论思想。他说"布吕克和我已经确定这样一个事实, 在有机体中起作用的只有普通的物理和化学的力; 假如现在它们还不足以作为一个充分的解释, 要么是因为物理化学方法必须用于确定这些力的作用, 要么因为必须假设这些新的力...... 始终能够还原成吸引或排斥的部分。" 从信中可以看出, 雷蒙的思想是基于一个严密推理的观点之上而形成的。当然, 要证明这种还原论的认识论基础, 还需要更多的论据。不过, 雷蒙和布吕克断言引力和斥力是唯一科学解释的基础的这一推理过程, 很有可能与他们后来的主张是一致的, 因为还没有证据表明他们在亥姆霍兹发表《守恒》之前曾修改过观点。相反, 很多迹象表明, 随着时间的流逝, 他们越来越坚信他们的逻辑推理过程。这一点从1845 年亥姆霍兹加入柏林物理学会时, 雷蒙的欣喜态度可以看出, 他说他们的新朋友“在世界观方面完全站在对我们有利的情况” 。关于还原论立场的完整表述, 最终出现在1847 年亥姆霍兹的《守恒》一文中。为了使物理学家们能够接受它, 在送交柏林物理学会和马格努斯的论文中, 亥姆霍兹删掉了哲学味很浓的导言部分, 但最终还是被波根道夫主编的《物理学和化学年鉴》拒绝, 后来只有通过私人方式出版。
总的来说, 雷蒙、布吕克和亥姆霍兹等人提出的还原论与当时德国科学中的反活力论的思想氛围是相符的。由于从经验上难以完全摆脱活力论者所持有的根深蒂固的观念, 因而他们只有从认识论上对活力论进行攻击。为了避免与活力论有直接的冲突, 他们承认生命现象中存在有机原因的可能性, 不过, 这些原因与无机原因必定具有某些共同的成分, 一切有机和无机变化都是运动所致, 而运动则是由运动力引起的。因此, 运动力即吸引和排斥的力, 是一切自然现象的原因。这样, 生命现象与物理现象在中心引力和斥力基础上得到了解释, 而不再需要引入活力。反活力论的成功, 从根本上否定了永久运动存在的可能性, 这也为亥姆霍兹的“守恒” 提供了一个重要的思想来源。
三、康德哲学对《守恒》的影响
亥姆霍兹后来在对《守恒》的多次说明中曾声称, 对力的守恒的兴趣不是来自生理学中的经验问题, 而是源自年青时期所持有的赞成永久运动不可能性原理的倾向( 这与反活力论有关) , 并且他还强调《守恒》的导言部分受到康德认识论相当大的影响。因此, 如果说反活力论传统为《守恒》的永久运动的不可能性假设提供了思想来源, 那么牛顿中心力的思想来源则可以从康德哲学中的相关论述中去寻找。
康德哲学对亥姆霍兹的影响, 最初缘于他有一个哲学传统的家庭。亥姆霍兹孩提时代父亲与同事之间一些激烈的哲学讨论, 激发了他一生对认识论问题的兴趣。在这些哲学讨论中, 很多是关于康德和费希特哲学的。老亥姆霍兹是一个非常热爱哲学的中学教师, 除了教亥姆霍兹学习法语、英语和古典语言以及其它知识之外, 他还非常重视培养亥姆霍兹的哲学思想, 努力把亥姆霍兹引向康德和费希特等人的哲学, 以及从他们的哲学观点出发去研究自然界的方法。甚至在亥姆霍兹随着科学研究的深入而走向背离形而上学的思辨时, 父亲还不失时机地向儿子灌输他自己的形而上学信念, 尽其所能地去动摇亥姆霍兹的思想和实验方法。
进入威廉皇家医学院后, 亥姆霍兹利用业余时间认真读过康德哲学, 有时甚至达到痴迷的程度。值得一提的是, 亥姆霍兹从接受学校教育到发表《守恒》的这段时间, 正是德国反形而上学的顶峰时期, 这种形而上学以纯粹的抽象思辨为主要特征, 认为不需要通过观察和搜集经验资料, 就可以直接得到科学的结论, 因为这些结论可以从哲学思想中推出。在这种情况下, 很多人回到了康德哲学那里, 利用康德哲学的某些思想作为反形而上学的武器, 揭露形而上学的荒谬之处。亥姆霍兹大学时代的逻辑学老师贝内克( F.E. Beneke) 就是一位康德哲学的坚定支持者, 他曾断言, “康德哲学在其最纯粹的形式上将战胜那些形而上学的方法。因此, 康德哲学必将成为我们未来的唯一哲学。”另外, 雷蒙和布吕克也都是康德哲学的支持者, 尤其是前者, 在为还原论思想寻找认识论上的依据时, 他很大程度上是依靠于康德哲学中的一些概念范畴, 有的学者曾把雷蒙所定义的引力和斥力、运动等概念与康德的论述作过比较, 发现两者间有很大的相似性。
尽管从亥姆霍兹的成长经历中, 很容易让人联想到他可能受到康德哲学的影响, 但这显然是不够的。真正揭示这种影响的, 是他在几次演讲和晚年对科学论文所作的一些注释中曾多次提到或引用康德的观点, 尤其是在1881 年编辑他的科学论文集时, 他在《守恒》一文的注释中指出, “导言中的哲学讨论受到康德认识论观点相当大的影响, 我仍然认为这些是对的”。正是基于这个注释, 哈曼( P. M.Heimann) 等人作出亥姆霍兹受到康德哲学的影响结论。虽然亥姆霍兹后来对导言中的哲学论述进行了一些修正, 但至少可以说明1847 年之前亥姆霍兹是很赞成康德哲学的, 尤其是认识论方面的内容。
《守恒》一文由一个简短的导言和正文六章内容组成。在导言中亥姆霍兹为全文制定的一个写作计划以及所采用的论证方法。导言的结构非常清晰严谨, 形成一个四层的等级结构。处于第一层的是两个物理假设即牛顿的中心力和永久运动的不可能性原理, 这是整个论文论证的基础; 基于这两个假设, 亥姆霍兹为永久运动的不可能性提供了数学表述并进行推广从而得出力的守恒原理, 这是第二层次; 处于第三层次的是比力的守恒原理的普遍性要低一些的经验定律; 而最后一层是不同物理学领域内的自然现象。
导言有很强的认识论和方法论特征, 而且又在一些主要概念的描述上与康德的说法存在很大的相似性, 这些为作出导言受到康德哲学某些观点的影响的结论提供了依据。另外, 考虑到亥姆霍兹在一些场合已经明确承认康德认识论观点对《守恒》导言的影响, 为此, 我们就可以将两者就某些共同概念所作的有关阐述作一些比较, 看看它们之间有无相似或相同之处。
比较略（就是 “运动、空间、关系、感知” 的一些东西）
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通过对比, 可以看出亥姆霍兹与康德在一些主要概念的论述上有诸多相似之处。另外, 从导言中作者所要实现的意图和采取的方法来看, 《守恒》的导言与康德著作《自然科学的形而上学基础》 ( 下文简称《基础》) 也有很大的相似性。《基础》是康德对自然科学进行论述的少数著作之一, 也是最具代表性的。在《基础》中, 康德力图从动量学、动力学、机械学和现象学四个方面为物质概念提供形而上学的解释, 以达到要论证牛顿科学的可能性的目的。因为在康德看来, 一切本义上的自然科学都需要一个纯粹的部分, 在它上面可以建立起理性在其中所寻求的确定性, 这个纯粹部分就是形而上学, 因而自然科学要以自然的形而上学为前提。在此基础上, 康德认为要使形而上学有一个完善的构架, 就需要有量、质、关系和形式四类范畴。他认为自然科学通常就是一种或者纯粹、或者应用的运动学说, 所以, 自然科学的形而上学基础就要置于四大部分之下, 即运动学、动力学、机械学和现象学四个部分。这样, 只要能为以上四个方面建立起形而上学基础, 那么自然科学也就有了形而上学的基础。
而在《守恒》导言的一开始, 亥姆霍兹就明确提出了他的观点, “自然界所有作用都可以还原为引力和斥力” , 这实际上就是要为力寻求一种本体论的地位, 也就是要把力建立形而上学的基础之上。
为了充分论证牛顿的中心力规律是自然界的可理解性的基础, 亥姆霍兹同样在《守恒》的导言中采用了一种四重结构的方法, 《基础》与《守恒》导言之间的详细比较如下表所示。
（略）
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从以上两个方面的对比来看, 亥姆霍兹的《守恒》, 尤其是导言部分确实与康德哲学的某些内容有着一定程度的类似。然而, 这种结论还只是一种推测, 我们并不能给出更为有力的直接证据, 因为从现有的研究和资料来看, 并不能证明亥姆霍兹曾读过《基础》这部著作, 尽管亥姆霍兹本人多次声称他受到康德认识论观点相当大的影响。总之, 导言规定了《守恒》的写作计划, 因此导言中所阐述的观点对理解《守恒》的思想来源是至关重要的。通过对反活力论和康德哲学所作的考察, 可以看出这两个方面确实对《守恒》产生了重要影响, 这种影响比起受到他此前在生理学领域中所做的具体研究而言更为深入, 不过, 我们并不能否认生理学中的具体工作作为《守恒》思想之根源的可能性, 因而承认思想的多源性可能是一种比较客观的态度。
四、结 语
1847 年2 月, 亥姆霍兹把《守恒》导言的草稿送给雷蒙时, 后者称赞它是“一篇对任何时代都有重要科学意义的历史文献 ” 。这或许带有朋友间的热情因素, 但此后科学的发展恰恰证明这种评价是恰当的。几乎在50 年后, 亥姆霍兹还打算把导言中的同样概念应用到他的理论物理学的系列讲座中。
而90 年后爱因斯坦在《物理学的进化》一书中则把它作为机械自然观的规范而加以引用, 直到今天, 它仍然是方法论争论的焦点。总之, 《守恒》是一篇具有划时代意义的论文, 如果在一个特定时代背景下去认识它, 其意义则更为突出, 这一点用麦克斯韦的一段话来表达可能更为准确, 他说, “ 要认识亥姆霍兹《论力的守恒》这篇短文章的科学价值, 我们应该去问问我们把热力学和现代物理学其他分支中的一些最伟大发现归功于他们的那些人, 他们曾多少次反复读了这篇短文章, 以及在他们的研究当中, 有多少次感觉到亥姆霍兹强有力的说明像一种无法抵抗的推动力量影响着他们的想法。”
这也是本文分析这篇经典文献的目的之所在。
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注：科学并不解决你的问题，只能一个细胞一个细胞研究。
对此，我只能对功利性的同学报以sorry
其实很多人学习科学，有的是为了拿证，有的是为了出人头地，有的是为了解决自己的问题。 （统统sorry，解决不了你的问题）
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还有启发式方法，不能代替事实本身。让哲学滚蛋 （甚至包括方法论）
“可能是什么”， “和事实是什么” ，有着重要的差别。
