第六章反浪漫主義與亥姆霍茲的電動力學研究 第四節反浪漫主義與亥姆霍茲的電動力學研究
19世紀中期的德國物理學繼續在唯心主義哲學傳統中表達思想所關注的事物，同時又強烈拒絕它在思辨自然哲學中的過度作用。這種與傳統之間的“既愛又恨”的關係是這一時期德國物理學的一大特點。該時期的許多德國自然哲學家（包括物理學家）不但關注物質世界的統一性，也關注物質與精神之間的關係，他們大多同意這樣的觀點：物質占據著自然界如同思想占據著心靈世界一樣，而且正如邏輯支配著思想之間的關係一樣，力支配著物質的相互作用。在他們看來，存在三種實在物，即物質、力和心靈，而力是物質走向心靈的踏腳石。當然，情況並非千篇一律，也有物理學家不願承認存在著一個獨立的心靈世界或避免涉及這類問題，亥姆霍茲就是其中之一。
一、亥姆霍茲的反浪漫主義思想
亥姆霍茲最初完成他在電動力學方麵的研究是在19世紀60年代後期，那時他仍然是海德堡大學的生理學教授，而且他的職業生涯也正處於輝煌時期。由於他以前在柏林求學時的物理學導師馬格努斯的去世，亥姆霍茲生涯中的一次重要的職位上的轉變發生了，也就是從海德堡大學的生理學教授轉任柏林大學的物理學教授。1871年他離開了海德堡到柏林就任物理學教授一職，這是當時德國物理學領域最有聲望的一個職位。在他的就職演說和其它公開的演講中，亥姆霍茲一再表達了他不斷地對德國科學某些部分中出現不幸的和反動的傾向感到擔憂。他曾這樣說到：
無法責備馬格努斯在應用他的原則時的信心不足，但是我必須承認我自己和我的許多同事以前認為馬格努斯對思辯的不信任強調的太多了，特別是關於教學物理學。他可能從未深入研究後一主題，這又加強了我們對他的懷疑。然而，從科學現在發展的狀況來環顧我們的周圍，必須承認他對那個時期數學物理學的不信任並不是沒有根據的。在那個時候，沒有在以下方麵作出明確區分：什麼是經驗事實，什麼隻是口頭定義，什麼隻是假設。這些構成計算基礎的因素含糊地混合在一起，被作為具有形而上學必然性的公理而被提出來，並為結果假定了與此類似的一種必然性。我隻需提醒你們在這個世紀的前半葉關於物體的原子結構的假設在數學物理學所起到的巨大作用，可是我們對原子還一無所知，例如我們關於熱對分子力的非常影響還一點都不知道。我們現在知道氣體的膨脹力取決於熱產生的運動；而在那個時期，大多數物理學認為熱是不可稱量的物質。
同樣在這一演講中，亥姆霍茲堅持認為一個好的實驗者需要經過理論的訓練，而一個好的理論家需要廣泛的實際訓練。實際上，到19世紀70年代的後半期，亥姆霍茲明顯把韋伯的物理學，尤其是他的最熱情的支持者策爾納（Karl
Friedrich Zoe
Uner，1834-1882）提倡的那種極端形式的物理學，看成是一種形而上學的表現形式，而這種形而上學不但有悖於亥姆霍茲以前的一切思想，甚至有悖於他認為德國大學是免受有害哲學之影響的科學和自由堡壘這一觀點。
事實上，當韋伯於19世紀40年代末在萊比錫首次提出他的原子論電動力學時，他並沒有過分地去強調這種觀點，相反，他把注意力集中在證明它在統一幾種已知電磁效應中的作用上，並且集中於沿著高斯的傳統而追求精密的電測量方法上。然而，韋伯理論的基礎，也就是說費希納關於電流的假設，本身以一種更有影響力的綱領形式嵌入其中，這種綱領試圖把原子和力的分析結構轉變成某種形而上學意義上的東西，而且它難免具有一些很強的社會含義。眾所周知，在19世紀的物理學史中，我們已經習慣於歐洲大陸的超距作用傳統的觀念，而這種觀念是由於該世紀初法國人的貢獻而成形，典型的人物有拉普拉斯和泊鬆，後來傳到德國而為高斯、韋伯和亥姆霍茲等人所熟知。作為這一傳統的頂峰，我們可能會想到韋伯關於電流體的微粒間的超距作用力的定律。這就是韋伯於1846年宣布的定律，在這一定律中兩個帶電微粒間的力不但與距離的平方成反比，而且還與它們的相對速度和相對加速度有關。當然，超距作用傳統的確說明了韋伯定律，但是超距作用觀念從法國傳到德國發生了改變。在拉普拉斯及其同事們看來，力好像發生於物質的微粒（這一描述暗含著把一個微粒作為力源）而且與其它微粒隔著一段距離而作用。相比而言，韋伯則堅持認為力隻是作為微粒之間的成對關係，因而成對的微粒就構成了他的基本分析單元。
由此可見，韋伯在堅持主張他的觀點的同時，心裏顯然裝著德國唯心主義傳統。所以，根據他的觀點，為自然與精神提供緊密聯係而不是通過把精神還原成關於物質的力學從而論為唯物主義，是任何有效理論的前提條件。而成對的關係恰恰實現了這一標準：
如果（兩個）時空上分開的實體要素相互作用，那麼這種相互作用的基礎總體上在於它們的本質。這個整體的相互依賴的各個部分存在於不同的時空點中。如果存在不能還原成時空中的一個點的實體要素，那麼它甚至更多地應用於精神要素中。
盡管韋伯並沒有發表他就精神和自然之間關係的許多想法，然而在他的整個一生中，他都與那些非常關注這些問題的人保持著密切的聯係，他的兄弟恩斯特·韋伯和費希納就是這樣的例子，他們兩人都是萊比錫大學的著名教授，後來都因為研究自然和精神的關係而進人心理物理學。萊比錫大學的另一位天文學教授策爾納則更進一步，他最終被這一問題引向了一些唯靈論的實驗當中，而韋伯兄弟倆和費希納都曾參與過這些實驗。需要指出的是，韋伯在哲學上關注的東西似乎都緊密地反映在費希納的著作中，最初他與費希納一起提出了關於兩種電荷形成電流和中性以太的假設，而且費希納於1855年對原子論的辯護在很大程度上依賴於他們彼此的相互影響。在為原子論的辯護中，費希納試圖把形而上學原子論建立在當時的實驗和數學物理學基礎之上，建立在一些物體的最終的點和結的關係的基礎上。而對費希納而言，這些最終的點和結就是物理上的原子和力。鑒於被認為是物理學家的原子論的敵人，他自然注意到了力本體論者和辯證法家，比如康德、謝林和黑格爾等人的觀點。對他們而言，物質是一個構造的概念。甚至連空間也是現象的，它隻是一個從知覺過程得到的表象，而且時間也被他們歸因於知覺。根據這種方式，自然界已經充滿了精神，與那種天然的唯物主義的和無牛命的原子論概念形成了鮮明對比。
鑒於此，有曆史學家甚至認為，韋伯的電動力學隻是盜用了19世紀早期法國研究原子和超距作用力的物理學家所使用的儀器，而不是實證的方法。他們認為，韋伯的物理學遠遠不是實證的，而是試圖把某些德國唯心主義形式合並進來，盡管它同時避免了自然哲學的某些神秘色彩。費希納是這場運動的主要人物，他在患眼疾之後並沒有重新申請物理學的教授職位，並且此時他的研究興趣已經轉向了哲學、美學和心理學領域。前麵已經說過，費希納的這次失明也使得他從萊比錫的物理學教授職位上退了下來，而在那之後，這一職位由韋伯接任。在這一點上，費希納的部分目標就是要通過原子的點來取消基於微粒和力的物理學，而這些點是無延展性的中心，它們以一種純粹無形的力而兩兩之間聯係起來。根據這種觀點，物質（原子的點）並不是一個主動力的被動主體；相反，力是固有的主動點之間生命聯係的一種表現形式。
因此對費希納而言，現代物理學確立了原子論的實在必然性，對普通物質和以太都是如此。但是他必須為原子論的世界觀構造一個令人滿意的哲學基礎，以便把它作為一個內在一致的觀點和德國傳統背景中的一種理想來介紹。更為重要的是，與那些辯證法家和力本體論者不同的是，他希望達到的原子論既不是唯物主義的也不是無生命的。費希納推斷，傳統的原子論力學的唯物主義在於兩個概念：構成物質的原子和物質固有的力，或者力是物質的性質。根據這種觀點，一切自然現象都將源於獨立作用的物質原子，這樣就沒有為精神和物質之間的相互作用留下餘地。為了把原子論提升到精神的範疇，費希納假設被剝奪了與其它原子的關係的物質原子隻是存在於真實時空中的物理點或者真正的物理單子，這些原子除了活動性以外沒有任何它們自己的性質。所有原子或物質的運動以及所有原子或物質排列的性質都來自於原子間的關係。
雖然費希納對韋伯的影響程度是有爭議的，但至少可以肯定的是，韋伯的弟子策爾納是把原子和電動力以一種不同於19世紀早期法國物理學家的形式來理解的。而這些法國物理學家認為自然哲學是荒謬可笑的，主要問題是如何建立實證科學，因此對他們而言，物理聯係幾乎沒有形而上學的特征。與此相反，一些德國的電動力學研究者則明顯使原子和力帶有遠離實證科學的含義，他們從世界中去掉了具有慣性的物質，而用活力作用的中心來取而代之。在這個世界上，最終的實體永遠是一樣的，而且每一個物體總是與其它物體以一種二元的關係而束縛在一起，這種關係反映了它們之間的相互作用。因此，這種物理學從根本上說是一種關係的物理學，然而它的關係特性沒有延伸到我們經驗世界中的物體，因為這些事物是由無數個原子點組成的，並且這種關係隻存在於點之間，而不是物體之間。
在1847年，幾乎與韋伯和費希納那個時候所做的一樣，亥姆霍茲也非常自覺地想要在德國的形而上學（康德的）和法國的物理學之間建立起橋梁。然而，亥姆霍茲卻選擇了一種完全不同的方法，他試圖從自然界中排除一切在靈魂和目的意義上關於精神的考慮，因為這對他來說暗含著一種自然哲學的過度行為。他希望在理性和經驗基礎上把關於點原子和引力斥力的物理學看成是必要的，並且為了這麼做而把自然界中的一切原因都統一到活力守恒的決定論之下。亥姆霍茲在這一步中最主要的概念工具是力的概念，它是作為一種關係以及區分數量和強度來用的。對亥姆霍茲來說，力是作為各種關係而存在的。
運動是空間關係的改變。空間關係隻有在廣延性的物體中才是可能的。……因此，運動隻有當至少兩個實物彼此之間相對的空問關係發生變化時才能體驗到。此外，作為變化的原因，運動力隻能在空間上彼此有關的至少兩個實物的情況下才能斷定，並因此被定義成兩個物體為了改變它們的相對位置所作的努力。而且，兩個物體彼此之間施加的力必定分解成它們的所有部分彼此之間施加的力。
再者，亥姆霍茲認為，這些關係是合理的關係，不過是在一種有所限製的意義上說的。跟隨康德的觀點，即我們關於自然界的知識隻有在我們把它的規律理解成是必然的程度上是科學的，亥姆霍茲得出“力”必定是不變的：作為最終的原因，不隨時間發生變化的力將會被發現。進一步提出，甚至連暗含有對時間的依賴性的想法也將損害自然界的可理解性。如果“力”不能總是回到相同空間關係的相同值，那麼“活力”必將不會守恒，而且可能會從虛無中不斷地產生出來。這不但違反了充足理由原則，而且從經驗上看還違反了永動機不可能製成這一觀點。同樣的觀點也適用於具有廣延性的原子，雖然連續起作用的轉動力可以設想，但隻有吸引和排斥的空間力是被允許的。為了詳細闡述他的觀點，亥姆霍茲不得不在作為運動力的力的概念和作為活力的力的概念之間遊移，因而不得不在兩者之間進行調和。
僅僅依靠對一個積分的並非嚴格的理解，亥姆霍茲從數學上能夠堅持他的單純實體力的二元觀念。在把強度和數量分別賦予力和能量之後，獨立的能量概念的發展消除了這個問題。然而，在亥姆霍茲的觀念中，勢是一個實在的物理量，它通過守恒定律的無數次理論和實驗上的應用而日益變成實在的東西。隨著勢變成一個實體，那種理性的作為原子的一種抽象關係的力的概念越來越不能被人接受了。對亥姆霍茲而言，韋伯關於依賴速度和加速度的超距作用觀念在理性基礎上是不能接受的。
亥姆霍茲在19世紀70年代的電動力學實際上明顯建立在這樣一個定理之上，即物體通過不能簡化的二元關係而彼此相互作用。在亥姆霍茲的世界中，正如韋伯的世界一樣，事物確實是成對相互作用的。但是亥姆霍茲的電動力學在這一點上比韋伯走得更遠，並且帶有根本不同的含義，因為他們所關注的東西不同。亥姆霍茲物理學是完全不同的，它拒絕韋伯意義上的原子並且他也不直接使用力。它用實驗室裏存在的物體來代替那種從不變和難以理解的實體（韋伯的形而上學上想象的原子）來構造物體的方法，而且考慮用由給定狀態和距離的一對體元組成的係統的能量代替聯係原子的力。而關於物體之間作用的關係的理解是他這一理論的核心，這是因為這種關係並不由物體的不變本質所決定。這樣，亥姆霍茲通過現象而不是實體成功實現了去掉物理學中的一些神秘化東西的目標。
實際上，亥姆霍茲從一種機械的物理學轉到以關係為主的物理學，早在他的《守恒》一文中已經有所暗示。在《守恒》發表之後，除了對克勞修斯的批判作出回答之外，亥姆霍茲並沒有繼續在能量物理學領域進行過研究。直到19世紀60年代末，當他的職位發生改變時，他才開始適當地關注物理學並且逐漸發展出一種不需要建立原子模型的方法，顯然在他的能量守恒原理的最初表述中，他實際上利用了原子和力的概念。盡管如此，亥姆霍茲在他的職業生涯很早的時候就有了關於力的關係的概念，不過那時它隻是在一個原子論的世界中。他曾這樣寫道：