科学与常识：如何走向渐行渐远，本文主要内容关键词为：渐远论文,渐行论文,走向论文,常识论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：N02 文献标识码：A 文章编号：1674—0602(2013)01—0094—15
赫胥黎向来以“达尔文理论的斗犬”而闻名，但事实上，赫胥黎更是一位科学理论的积极倡导者，他在19世纪的英国曾经做过大量的科学普及讲座，不仅勇敢地为达尔文理论进行辩护，并且还对科学方法进行通俗易懂的讲解，以便消除公众心目中对于科学研究过程所怀有的某种神秘感，赫胥黎以此表明，不仅科学知识你我皆可掌握，甚至就连科学研究方法或思维都只是我们日常思维中的一个部分。正如他所举例，“一个从事科学的人和一个普通人的思维之间的差别，就跟一个面包师或一个屠夫用的是普通的秤来称量自己的商品，而一个化学家进行困难复杂的分析时用的是高精度的天平来称量试剂之间的差别一样，此外没有任何不同。”①由此可见，在赫胥黎看来，科学理论与常识或许并无本质区别，科学方法与日常推理也并无本质区别。科学因此而与公众拉近了距离，这正是赫胥黎所要达到的目的。
在此，赫胥黎给我们提出了一个重要且严肃的问题：科学理论与常识之间究竟是怎样的一种关系？这一问题在科学大师或哲学大师那里也常有表述或思考。怀特海曾这样说道：“科学是从日常经验出发的，这一点特别值得注意。”②爱因斯坦则如此强调：“整个科学不过是日常思维的一种提炼。”③不过本文在此只是断章取义地引用了这两位大师的句子，他们想要表达的意思远不止此。菲利普·弗兰克的《科学的哲学》一书着重关注科学、哲学与常识的关系，作者指出：“表述科学原理的方式可以完全不同于常识，但是用实验来核验这些原理却总是在常识经验水平上来进行的。”④这就是说，科学的进展在很大程度上表现为以抽象的符号世界代替常识经验；但人们理解科学似乎又总是离不开常识经验，于是科学与常识之间必然存在某种张力。陈嘉映在其著作《哲学科学常识》⑤中同样试图论证三者之间的关系。本文仅关注科学理论与常识之间的关系，着重剖析始自哥白尼、经由伽利略及牛顿、直至爱因斯坦而串连起来的近代物理学所走过的路程，具体考察科学概念与常识经验如何从相互纠结趋向于渐行渐远的历程。
科学总是以理论的形态出现。因此在切入本文正题之前，让我们先做第一步工作，澄清或定义何谓理论，何谓常识。
一、理论与常识
(一)何谓理论
在我们生活的世界上，就感官所及，各种现象触目即是：半个月亮爬上来，烟雾在空中袅袅上升、树叶在风中沙沙作响，等等，诸如此类，不胜枚举。说得诗意一些，这是一个纷繁复杂的大千世界，其中没有一片树叶是相同的。用传统哲学的术语来说，这就是现象的“多”。现象之多之繁，实则意味着，我们感官所及的现象其实是一片混沌。昼夜并非黑白分明，因为还有晨曦和日暮这样的朦胧之际；大地回春更非一夜到来，因为谁也说不清枝头的嫩芽初绽于何时。在这片混沌的世界中，人类的认识就像水中的浮萍，于随波逐流间失去定力或方向。因此，正如霍金所说，“自从文明发端以来，人们即不甘心于将事件看作互不相关而且不可理解的。他们渴求理解世界的根本秩序。”⑥亦即找出纷繁现象背后的根本之道。大道至简，这就是哲学家所追求的“一”。人们近乎本能地相信，只要找出这一根本之道，或者说本原，所有的现象即可得到合理的解释，人类的好奇心因此而得到满足。这就是“理论”的由来。如此说来，理论并不是一种高深莫测的东西，而是源于我们对万事由来的一种猜想，英语中的“理论”(Theory)就有猜测之含义。正是借助于这种猜想，理论还为未知现象提供预测，这就是理论的实用价值。
换言之，理论就是要为众多现象提供一个尽可能简单的理由。这就意味着，一个好的理论至少必须满足两个条件：逻辑的简单性(美)以及与事实的相符性(真)。但这两个条件之间却存在某种张力。若要求理论与事实之间存在完全对应的关系，亦即符合真的要求，那么就是事实本身，不再有理论的存在；反之，一个仅追求纯粹形式的理论，或说体现为美，它就会空洞到无法容纳任何事实。因此一个好的理论必定是美与真之间平衡的产物。
追根溯源，神话或许就是最早的理论。因为神话就是要为世界及人类的起源提供一个根本性的解释，当然这一解释通常都归结于一个具有人格化特征的创世神的存在。犹太民族的《圣经》中所记载的创世故事就是一个典型例子。就对自然现象的解释而言，在我国流传已久的阴阳五行也是一种理论。它把万物分成两大类：阴和阳，又以五行(金、木、水、土、火)分别来配阴和阳。冷、潮湿和黑暗归阴；热、干燥和光明归于阳。于是就有这样的观念：金和水属于阴；火和木属于阳；土则介于中间。整个中医体系就是建基于阴阳五行理论的基础之上。在此理论体系中，所有的现象都归之于尽可能少的理由(阴、阳及其派生物五行)来加以解释。至少在理论体系的内部，这些理由及其相互之间的关系是自洽自足的。
(二)何谓常识
常识，就其字面意义而言，即谓人所共知的事实或命题。它还相当于常理，意即这些基本事实或知识中所包含的道理。因此，“常识又指自然而然的理解，以及依于这些理解而生的基本的判断力。”⑦陈嘉映指出，尽管汉语中的“常识”与英语中的“Common sense”互译，但含意有细微的差别，相对而言，汉语更偏重于明面的事实，英语则更偏重于事实里所含的道理。⑧如此说来，英语的“Common sense”似与“常理”一词更贴近。
就本文而言，常识主要涉及感官所及的经验现象，也可称之为自然常识，如，太阳东升西落，重物下落，等等。此类命题得以成立，乃在于人类有着相同的感官经验。青蛙若也能说出常识，必定与人类的常识大不相同。青蛙以捕虫为生，因而只有快速运动的对象才能进入它的视野，若是静物，对青蛙来说就视若无物。这就是说，动物的感官是根据生存所需而反映外界对象，因此感官与其对象之间从不存在如同镜面式的反映。更进一步说来，动物(也包括人类)生活在一个中等规模、中等速度的世界中，因而我们的感官仅适用此等范围，超出此范围，则非我们的日常经验所能想象。这亦可说是常识的局限。
其实，“所有的哺乳动物都生活在一个感觉运动的世界里，这个世界由永久性的客观实体构成，排布在一个具有表征性的空间里。”⑨这正是常识形成的原始环境。
二、一种基于常识的自然理论——以亚里士多德哲学为例
从常识出发而构筑一套完整的关于宇宙的解释，正是亚里士多德哲学的重要特点。首先，亚里士多德把所有的运动(也包括变化)分成两大类：天然运动和受迫运动。其区别就在于，天然运动出于本性而受迫运动则出于强迫。在此基础上，亚里士多德把宇宙分成两半：天与地。天体出于本性而做圆周运动；至于地面上物体的运动，当它是趋于自然位置时，就是一种天然运动。地面物体由四种元素构成，土、水、火、气。土和水的自然位置在地球中心，因而重物(土或水)下落就是一种天然运动；火和气则出于本性而向上，这也是一种天然运动。其他如推动或投掷一个物体就属于受迫运动，一旦外力失去，运动就会趋于停止，亦即回到它的自然位置。可见在亚里士多德的理论中，本性或目的是一个关键性因素。
以此出发，亚里士多德还论证了地球何以呈球形且静止。地球主要由土元素所构成，土的自然位置在地球(也是宇宙)中心，所有土元素向中心无限靠近的结果就形成了一个球；既然地球已处于宇宙中心位置，它自然不可能再有朝任何方向运动的可能或必要，因此地球静止。其他天体围绕地球而运行，由此解释太阳的东升西落及其整个恒星天昼夜旋转一圈等现象。
与此同时，亚里士多德还推论，不存在虚空(或真空)。主要是因为，虚空就意味着空间是一个均匀同质的存在，也就不存在所谓的自然位置，那么地面物体的天然运动就不再可能，因为它们无法知道其运动归宿。既然我们目睹有天然运动，就不可能存在虚空。
综上所述，亚里士多德的理论是一个完备的体系。它从少数几个概念出发，合乎逻辑地解释了所有的自然现象。这个理论的要点在于，首先，它完全依赖常识来解释常识现象。重物下落、水往低处流，火焰往上窜，外力撤去，运动就会停止，这些都是经验常识。无须接受专门化的训练，任何人立刻就能领会这套理论，并认同他的解释理由，如天和地、天然运动和受迫运动之区分，进而再接受他的其他推论，如地球不动、虚空不存在等。
但亚里士多德的理论中，却存在一个致命的漏洞，这就是无法合理解释抛物运动。当外力撤去时，抛物体还能在空气中(沿水平方向)运动一段距离，此时它的力来自何方？这就必须假定当初的外力已经传递给空气，正是空气在继续推动抛物体的运动。但空气在亚里士多德理论中本是一种阻力因素，为何此时却能起到推动作用呢？这就是亚里士多德理论的不自洽处。中世纪的学者们为此而绞尽脑汁，希望弥补这个缺陷，结果都无功而返。
三、哥白尼与伽利略：与经验常识的背离
(一)哥白尼与日心说：关注天体
近代科学崛起的第一步即表现为与经验常识的背离。以哥白尼提出日心说为例，它大大颠覆了人们的直观常识。地心说的要害在于假定地球静止不动。而日心说却认为地球时刻处于自转和公转过程当中。但问题在于，若说地球时刻在自转，我们不仅感觉不到脚下的大地在动，而且所有重物依然沿直线下落，小鸟、云彩的运动也丝毫不受影响；若说地球还在绕太阳公转，可当时的天文观察并未发现恒星的视差现象。这些经验常识以及天文学事实似乎都确凿无误地表明，地球亘古不动地位于宇宙的中心，从而为人类提供一个可靠安全的居所。
对此，哥白尼的回应是：观察不到恒星视差现象，那是因为恒星离我们太远；地面上物体的运动丝毫不受地球自转的影响，那是因为所有这些物体都被地球的自转所带动。哥白尼的设想极其有预见力，恒星视差现象果真随着高倍望远镜的发明而被发现了；至于后一个回答，似乎隐约可见惯性定律的先兆。但在当时，这些说法却因背离常识而难以服众。
令人深思的是，哥白尼本人为什么会如此青睐一个远离常识的理论？这首先是因为，相比于地心说，在描述行星的轨道时，日心说提供了一个更为简洁的数学模型，尽管在当时的情况下，日心说在准确性上并不见得高于地心说。这就是说，在衡量理论的两大标准——真与美之间，哥白尼更侧重于美，因此他才敢于抛弃常识之束缚。日心说不仅可以解释过去没法解释的现象：金星和水星偏离太阳的角距离各自绝不会超过28°和48°，⑩更重要的是，据此还可以为太阳系中的行星排定次序：水星和金星在内侧，接下来是地球，地球的外侧则是火星、土星和木星。行星这一井然有序的排列在地心说那里却是无法想象的。这才是追求一个美的理论——日心说所带来的实质性回报。
提出日心说，不仅有赖于数学计算，哥白尼也基于某些古老的信仰，如太阳崇拜说；更意味深长的是，哥白尼还有这样的思路：根据亚里士多德，天球都在做圆周运动，地球作为一个球体，自然也该让它转起来。这是一个典型的三段论模式，亚里士多德正是其始作俑者。但为何亚里士多德却没有如此来论证呢？原因恰在于，亚里士多德已在天与地之间设立了一道界限，因此天体的圆周运动不可能类推至地球。而哥白尼的这一论证则暗含了一个重要突破：天与地之间不存在界限，地球也是天上的一颗星。其更深远的意义还在于：设定天与地的界限，就是人为设立了一种不对称。自此以后，追求对称成为理论物理学家的研究主线。
设想地球在做自转运动，还可以基于这一理由：考虑到整个恒星天存在昼夜视差现象，这可以解释为，整个恒星天围绕地球在做昼夜旋转运动；但也可以解释为，地球绕轴昼夜旋转一圈。在哥白尼看来，也许这两种解释同样有效，但后者更为简单。这其实也是运动学中相对性原理的最早提出，亦即对于相互运动的两个参考系而言，无法分辨或确立何者为绝对的静止。
(二)伽利略与力学理论：关注地面
对于常识经验的进一步颠覆来自于伽利略。不同于哥白尼或开普勒，伽利略更关注地面物体的运动。如果说太阳的东升西落是天上事件，那么重物下落则是最为常见的地面现象了。常识告诉我们，重物比轻物更快下落，正如树上的果实要比树叶更快落地。对此，亚里士多德的解释是，因为重物包含的土元素更多，因而更快回归地球的中心。
但伽利略却如此设想：若使一个重物和一个轻物绑在一起，从空中抛下，其下落速度会怎样？依据亚里士多德的逻辑，两者绑在一起当然是更重，因而下落速度会更快；但也可这样推理，轻物的惰性拖慢了重物原本具有的下落速度，实际速度就该介于两者(指重物和轻物单独下落时所具有的速度)之间。从同一个前提却可推出两个不同结论，可见前提本身存在问题。伽利略由此得出的结论，即下落速度应该与物体的重量无关，恐怕非亚里士多德始料所及，更非常识经验所能想象。这就是逻辑的力量，它可以指出似是而非的常识推理中的谬误。伽利略还进一步质疑：若说重物下落是为了趋近于自然位置，亦即地球中心，那么，气和火上升的自然位置又在哪里呢？若说地球呈球形的原因在于土元素向中心位置的聚集，那么，又该如何解释天体也呈球形呢？就此而言，伽利略已经隐隐看出，地球也许并不处于特定位置。
不过伽利略的成功更在于，他彻底驱逐了亚里士多德的目的因。这尤其具有意味深长的意义。动物实验表明，大多数的非人灵长类能够处理物体或事件之间的相关性，或者说能够认知这个世界上发生的前因后果关系，却难以感知或理解这种关系背后的原因。(11)这就是说，它们没有能力把客体理解为一种有意向的存在。要取得这一认知技能，首先必须认识到自身的行为具有意向性，亦即出于动机而行事；然后还认识到他人也是像自身一样出于意向而行事。这是一个关键性的飞跃，人类幼儿仅在9个月之后才初步发展出这一认知技能。仅当认识到他人也是一个像自我一样的有意向的生命体，才谈得上“理解”对方的行为，用通俗的话来说，就是“人同此心，心同此理”。
当我们认识到重物在没有支撑的情况下必然会下落，这还谈不上理解，动物恐怕都能得到这样的认识；仅当我们知道重物为何下落，才算达到“理解”的层次。要进入这一层次，把人类自身的动机类推至自然客体就是一条捷径。亚里士多德的目的论(也包括各种神话传说)即由此而来。这就是说，我们不仅把我们的同类看作是有意向的存在物，甚至还把自然客体也看作是有意向的存在物。就人类的认识能力而言，这曾经是一个关键性的突破。但对于建立科学理论来说，这种思维模式却成为严重的障碍。正是伽利略最先意识到这一问题，在他看来，追问事物为什么运动反而是一个无意义的问题，取而代之的应该是，探究事物如何运动。这一方法论的转化是近代科学迈出的重要一步。但要探究事物如何运动，绝非如追问其目的那么容易。至少在当时的学者看来，解释船员为何要驾船容易，只要引入动机即可，比如他们要去远方探险或赚钱；但要解释风为何会扬起船帆却更难。因为自然现象若无动机作为类比，就难以理解，也就无从入门。
而伽利略的成功就在于他找到了入门之道，那就是数学和实验方法的结合。在他看来，目的反而不好把握，因为它无法定量化；但如何(体现为过程)却可以通过数学语言来表达。更重要的是，伽利略的研究绝不止于纯粹逻辑推理，他还把推理的结果付诸于实验。正如爱因斯坦所指出，“用纯粹逻辑方法所得到的命题，对于实在来说是完全空洞的。由于伽利略看到了这一点，他才成为近代物理学之父。”(12)为此，伽利略巧妙地设计了斜面实验，而非爬上高塔去扔物体。因为实验条件或多或少是可控的。经反复测量，伽利略得出结论，下落物体所经过的路程与其下落时间的平方存在正比关系。这就是自由落体公式的最初由来。由此可知，自由落体的速度与物体的重量无关。这是一个意味深长的事实，但正是爱因斯坦才看出其背后的深刻意义。
伽利略还发现：让小球从斜面顶端滑下，它的速率增加；若是让小球沿斜面往上运动，它的速率减小。因此，伽利略论证，必定有一边界情况，当斜面同地面平行，其实就是一个平面时，小球必然会在平面上匀速运动而不会停止。这就是惯性定律的雏形。根据惯性定律，物体在不受力的情况下可以保持运动速度及其方向不变，亦即力是速度改变而非速度产生的原因。但根据经验常识，运动物体一旦失去外力就会趋于静止，似乎力是产生速度的原因。那恰恰是因为日常生活中阻力的不可消除。其实惯性定律陈述的事实在现实生活中不可能发生，因此直接依靠经验常识、甚至实验根本推不出这一结论。在此，伽利略依靠的是超越于常识的逻辑推断能力。
惯性定律尽管表面看来远离常识经验，但它推出的结论却同实际观察一致。惯性定律由于下述事实成为科学命题：人们能够从中导出摆的频率(作为摆长的函数)，而没有别的原理能够导出这一频率。(13)这正是科学理论与所有其他理论的本质区别：科学理论所引出的结论必须通过实验观察的验证。
不过用柯依列的话来说，伽利略只是站在了惯性定律的门槛，但他终究没有迈过这道槛。这是因为，他无法设想一个无限伸展的平面，他能够想象的平面也就是地球表面，物体沿着球面的运动就是圆周运动而非直线运动。此外，他想象的运动，起初必须受到外力的推动，比如沿斜面顶端落下。(14)伽利略依然未能完全摆脱常识的束缚。
四、牛顿力学：科学概念的发明
如果说，在哥白尼和伽利略手中的科学理论，主要表现为与日常经验的背离，那么，牛顿的贡献则在于，他站立在巨人的肩膀之上，发明了力学中的专门概念，尽管这些概念源出于日常概念。正如爱因斯坦指出的，“物理学实际上起始于质量、力和惯性系的发明”。(15)这一发明如何可能？让我们依次考察这些概念的创立过程。
(一)质量
质量概念的前身应该是日常经验中的有重之物，因此它与常识中的重量概念密切相关，在伽利略的力学中有重量概念，但尚无严格的质量概念。“质量”这个词的最早引入源于英国物理学家吉尔伯特的磁学实验。在吉尔伯特看来，一块天然磁石的磁力的大小和范围是随着它的量或质量而变化的。牛顿正是从吉尔伯特处借来了“质量”这一术语。(16)据伯特考证，很可能牛顿对质量概念的思考在某种程度上受到玻义耳定律的启发：在任何气体的情形中，压力与体积之比总是一个常数，在牛顿的力学中，这个常数成为气体的质量。事实上，在《原理》中，牛顿正是按照密度和体积来定义质量的。(17)这也符合日常经验对物质的量的直观把握：在同样体积下，棉花与铁重量不同，可见其内部所包含的物质的量本不相同。牛顿称之为物体所含的“物质的量”。
但牛顿的独创在于把质量与力及其加速度相联系，并因此而确立质量的操作定义。根据牛顿第一定律，在合力为零的情况下，每个物体都倾向于保持静止或匀速状态不变。根据牛顿第二定律，在受到同样的力的作用下，不同的物体不同地偏离静止或匀速运动状态，也就是说，它们被不同程度地加速了。牛顿第二定律符合我们的日常经验，用同样外力，更容易推动小而轻的物体。但牛顿却用定量的方式表达这种日常经验，亦即力同加速度的比率必定含有一个因子，这就是质量的操作定义，牛顿因此而创造了质量这一概念。正如爱因斯坦所说，“只有在引进质量这个新概念之后，牛顿才能把力和加速度联系起来”。(18)加速度是速率的改变，在数学上涉及二阶导数，牛顿发明的微积分使得加速度成为一个在任意时刻都可以被精确计算的物理量。
(二)力
力这一概念在日常生活中处处可见，作为科学概念，它源于当时已经高度发达的静力学，但力却是抽象不可见的，求出力的具体大小或精确值不是一件容易的事，尤其是考虑到地面物体运动如此复杂多端的情况之下。如果我们推动一辆在光滑地面上运动的车子，此时的作用力是直接给定的，但这却是一种理想情况，现实中难以达到。于是，情况正如爱因斯坦所说，一个胆量不及牛顿的人必定会觉得毫无希望。
牛顿的胆量首先表现在，他转而关注亚里士多德所谓的天然运动——自由落体运动，它是如此常见，以至于人们几乎不去关注它背后的受力问题。不过根据常识经验，力必须接触才能传递，或者说直接施力于物体上。因此人们绝不会想到重物下落的背后是受到力的作用。但根据伽利略的发现，落体具有加速度，而惯性定律又告诉我们，力是引起加速度的原因，这就意味着落体必然受到一个确定的力的作用，由于此加速度与落体的本性及其速度无关，表明这个力只能来自于地球本身。但问题的关键还在于，如何算出这个力的大小？牛顿再次放开胆量，把眼光投向天体。从开普勒的行星运动三大定律中，牛顿证明，在太阳与行星之间必然存在一个指向太阳的力(据面积定律)；该力必定与距离的平方成反比(由周期定律而得知)；牛顿接下来反证，在此力作用之下，行星的轨道必然呈现椭圆，这正是椭圆定律。牛顿称此力为引力。然而，牛顿却无法给出引力的物理定义，对此，他有名言：我不杜撰假说。这就是说，牛顿只是通过数学方法证明，物体相互之间必然存在这样一种作用力，这就是引力。其实引力也与常识对力的理解发生冲突，因为它无须接触就可传递，是一种超距作用力。
根据月球轨道的已知数据，他经过计算证明引力同样存在于地球与月球之间，并且这种力与地面物体所受到的重力是同一种力，因为它们都与距离的平方成反比。谜底揭晓，原来日常生活中习以为常的重力就是存在于天体之间的引力，正是它引起重物下落并且决定其加速度。现在牛顿终于可以确定使物体加速下落的作用力的大小了，它的数学表达式就是万有引力公式。
若是把牛顿第二定律F=ma代入万有引力公式F=GMm/
，再考虑到a就是重力加速度g，因此可以得到mg=GMm/。把两边的m约掉，剩下g=GM/。在公式右边的三个参数中不出现落体的质量m，可见自由落体的加速度与落体的质量无关，而是一个常数。这正是伽利略的发现。
但上述推理中其实蕴藏着深刻的玄机。牛顿第二定律中的m，是力与加速度的比值，因此是惯性质量(表现为对力的抵抗)；而万有引力公式中的m却是物体受到的重力吸引，因此是引力质量(表现为重量)。这是性质完全不同的两个概念。重量是一个日常概念，随手拿起一个物体时就能感觉到，并且它具有稳定的数值，这正是市场交易时货物买卖的前提。不过根据引力定律，重量，其实不是一个常量，它与物体与地心距离的变化有关。只因为我们生活在地球表面，活动范围与地心的距离几乎没有变化，难怪感觉不到重量的变化。而惯性质量却是牛顿的发明，难以根据日常经验来把握，所以牛顿给它一个操作定义：力与加速度之比。然而，上述推理的前提却是，默认两个质量，亦即惯性质量与引力质量具有相等的数值，从而约掉公式两端的m。牛顿肯定也想到了这一问题，因为他曾经用实验来验证这两个量值的等同性。不过最著名的实验来自缶厄(Eódtvós)，从1890年起他持续做了25年的实验发现，在量值上引力质量与惯性质量确实相等。(19)两个性质完全不同的概念居然会有相等的观测值，在牛顿力学中，这似乎仅是一个偶然甚至不可思议的事实，至今它还有待做出理论上的解释。但这一事实却成为爱斯坦创立广义相对论的重要线索。
现在我们或许可以理解，对于希腊人来说，由于“缺乏力学的理论，他们企图把一切复杂的(表观的)运动都简化为他们所能想象到的最简单的运动，即均匀的圆周运动，以及圆周运动的叠加”。(20)虽然希腊哲人深邃的视野出现这一盲区绝无损于今人对他们的敬佩之情，然而后人对于牛顿的由衷钦佩必将增加。
(三)惯性系
从日常经验中即可得知，运动总是相对于某一固定不动的东西而言。比如，车水马龙的景象总是相对于两边静止的街道而言，这就是参考系的由来。但物理学中(能够使牛顿第一和第二定律成立)的参考系必须是惯性系，其定义是指，任何速度对于某一特殊物体都保持不变，这物体就是所谓的惯性系。生活在地球表面，我们默认这一特殊物体就是地球本身。但事实上，地球本身也在转动(由傅科摆可以揭示)。对于地球的转动来说，它的参照系只能是恒星系。然而，恒星系若毁灭了呢？惯性定律中的所谓直线运动又该在何种意义上才能成立？加速运动又是针对什么而言？由此可见，牛顿力学必然要推出绝对惯性系、亦即绝对空间的存在，以保证加速运动的绝对成立。这就有必要说到空间的原始含义。
在爱因斯坦看来，我们关于空间的看法来自于两种不同的日常途径：a.空间作为物质客体世界的位置性质；b.空间作为一切物质客体的容器。(21)比如，想象河边有棵柳树，这是一幅空间画面，其中必然有物体且各自处于特定的位置；也可想象一个可容纳物体的箱子或房间等，此时的空间就是空空如也的容器。显然亚里士多德只承认前面一种空间观的有效性，进而完全否认虚空的存在。但牛顿却确立后一种空间观的权威地位，因为他的力学体系有赖于一种绝对空间的存在。牛顿第二定律中存在加速度，但定律本身并未规定此加速度针对何种惯性系有效。地球或恒星系恰好可以成为合适的参考系，这在牛顿力学中仅仅是一个偶然事实。理想情况是，任何物体都该保持它相对于绝对空间的速度。但这样一个绝对速率却是任何物理实验都无法测得的(尽管牛顿以为他所精心构思的水桶实验可以证明绝对惯性系的存在)，因此它不具有操作意义。并且“绝对”的意义还在于，任何物体及其运动都不会对绝对空间产生任何影响。这就意味着，绝对空间具有一种优先地位，它与其他惯性系之间存在不对称关系。这显然违背运动学中的相对性原理。
牛顿也深知这一难题。为了给绝对空间以合法意义，他假定绝对空间就是“上帝的感觉器官”，(22)上帝无所不在，正如绝对空间无所不在一样。其实这样的神学观与当时主流神学观并不吻合，因为教会向来认同的说法是，上帝是一位创世神，他与他的创造物截然有别，不可混同。因此牛顿在世时不敢完全公开他的宗教观，盖出于此。不过牛顿把太阳系的设计同样归功于这位上帝，这是因为尽管他的万有引力定律可以解释行星的运行轨道，却不能解释行星和彗星的轨道几乎都是在同一平面上，并且全部都在同一方向上运行。因此牛顿不得不把此现象归之于上帝的智慧设计，并且承认，它类似、尽管远远高出人类的设计行为。
牛顿的宗教信仰至今仍在为这样的观点提供证据：科学需要宗教提供支持。但问题或许这样理解更为妥当：牛顿依然无法摆脱常识提供的支持，因为把一个有序的存在归之于有意设计，或者认为物体的运动需要有第一推动，恰恰来自于日常经验。归根究底，神学也只是源于日常经验的产物而已。
正是基于质量、力和惯性系等重要概念的发明，牛顿力学的框架得以建立，它可以简单表述为：质点在空间和时间中的运动。质点概念的原型是可感觉到的物体，但被剥夺了广延性等空间特征以及所有内部性质，只留下惯性、移动以及相互作用等性质。由此可见，牛顿力学中的关键概念均源于日常概念，但又绝不等同于日常概念，也绝非日常经验的抽象升华。正是在此意义上，爱因斯坦多次强调，概念和基本原理是人类理智的自由发明。(23)在他看来，科学概念与日常经验的关系，“不像肉汤与肉的关系，而倒有点像衣帽间牌子上的号码与大衣之间的关系。”(24)两者的相关性是一种自由的约定。
五、爱因斯坦相对论：对力学概念的重新审视
(一)狭义相对论：对绝对同时性的质疑
如果说，经典力学的成功源于牛顿创立的一系列概念，而这些概念原本脱胎于日常经验，那么相对论的诞生则源于爱因斯坦对于上述概念的重新审视。
事实上，创立相对论的念头正是源于对空间—时间概念的思考。爱因斯坦如此说道：正常的成年人绝不会为空间—时间问题伤脑筋。在他看来，关于这个问题所应该思考的一切事情，在童年时代都早已经思考过了。相反，我的智力却发展得很缓慢，在我已经长大的时候，才开始想清楚空间和时间问题，其结果，我钻研这个问题比通常的儿童要更深一些。(25)
早在爱因斯坦16岁那年，就设想过这一问题：假如一个人以光速追随一条光线运动，那么他就应当看到，这样一条光线就好像一个在空间里振荡着而停滞不前的电磁场。可是，无论是依据经验(在此指迈克尔逊—莫雷实验而得到的结果——作者注)还是按照麦克斯韦电磁场方程，都不会有这样的事情。(26)
让我们先来考察光速引起的困惑。假设我们在一辆高速运动的车上，车子的速度是每秒20万公里，此时，在车子正后方有一静止光源，发出的光波直射车辆后窗，光波的速度是每秒30万公里。根据牛顿力学，我们在车内测得的实际光速应该是每秒10万公里。再进一步推想，当车子行进速度是每秒30万公里时，实际光速似乎应该为零，或者说光束静止了。这正是爱因斯坦追光假设带来的困惑。但麦克斯韦理论告诉我们，真空中的电磁波传播速度是一个恒值；同时麦克尔逊—莫雷实验也证明，光速与其所在的参考系无关。
为了解决这一困惑，有必要先来回忆牛顿力学中的相对性原理。假设地面上有一辆车子以恒定速率直线运动，我们在车内做力学实验，只要知道车内物体相对于车子的初始位置和初始速度，根据牛顿第二定律，我们就可求出该物体相对于车子的未来位置。此时，我们无须知道车子的运动速度；反过来也可以这样说，根据车内物体的运动情况，我们无法求出车子的恒定速率。这就是牛顿力学中的相对性原理。
爱因斯坦由此起步，他大胆假设，相对性原理也许是一条比牛顿运动定律更具普遍性的原理。如果说，在一辆匀速运动的车上，我们所做的力学实验与车辆本身的速度无关的话，同样道理，无论是在何种参考系里，静止或匀速，光速(作为一种物理量)也应与所处的惯性系无关，光速只能是一个恒定的数值。其实当年爱因斯坦设想追光实验时，就已经凭直觉猜得了答案，“从这样一个观察者的立场来判断，一切都应该像一个相对于地球是静止的观察者所看到的那样按照同样的一些定律进行。”(27)这是因为，他怎么能够知道自己是处于一种均匀的快速运动状态呢？这一提问恰恰蕴含了狭义相对论的萌芽。
爱因斯坦由此而提出狭义相对论的两条基本原则：光速不变和相对性原理。根据狭义相对论原理，同一条光线，相对于静止参考系的速度为C，相对于运动参考系的速度也应该是C。但根据牛顿力学，相对于运动参考系的光速应该减去参考系本身的运动速度。要解决这一表面上的冲突，必须看到，对于光速的测定必定与时间和距离有关。就以时间的测量来说，可以把光信号在某一特定距离内的来回看作是一个时间单位。然而，问题的关键恰恰在于，在一个静止的参考系和一个运动的参考系中，光信号的这一来回所需要的时间是不同的。在静止的参考系内，光线走的是直线(把它想象成直角三角形中的一条底边)，但在静止参考系的观察者看来，在与自己做相对运动的参考系中，光线走的却是斜线(相当于直角三角形中的一条斜边，另外一条直角边相当于运动参考系本身的移动)。斜边的距离必定大于直角边，这就意味着，光信号的来回所需要的时间也就拉长了，因此在静止的参考系看来，在运动的参考系内，时间就变慢了。必须强调的是，这一效应是相互成立的，亦即对于相对运动的参考系而言，双方看对方参考系的时间都在变慢，当它假设自己处于静止时。
这就引出了一个重要问题，对于时间的测量与测量装置(即钟表)本身的运动状态有关。当把这一效应考虑在内时，牛顿运动定律中的伽利略变换、亦即速度的简单叠加不再有效，取而代之的则是洛伦兹变换。洛伦兹变换满足了速度叠加后得到的极限值等于光速这一要求。两个方程的不同在于其设定条件，在伽利略变换中，设定时间在任一参考系中为恒值；而在洛伦兹变换中，时间不再是独立变量，而是依赖不同的参考系而定。因此，同时性的绝对性不再存在。
其实问题也可以这样来设想，假设光速恒值或时间恒定是速度合成必须满足的条件，由此即可导出洛伦兹变换公式，这似乎仅是一种数学推导。但狭义相对论决不只是洛伦兹变换，尽管在数学计算时必须用到这一公式。在爱因斯坦对于狭义相对论的思考中，更关键的是对于物理概念及其与常识关系的思考，首先就是同时性问题。如上所述，假设时间的测量与光信号的传播有关，而光速绝不是瞬时传播，这又引出一个重大问题，同时性的绝对性就是一个无法成立的概念。早在1905年，爱因斯坦在伯尔尼时有一天早晨起床时想到：对于一个观察者来说是同时的两个事件，对别的观察者来说就不一定是同时的。这是对常识经验中的同时性的最早怀疑。(28)没有绝对的同时性，同时性只能是相对的。在日常生活中，我们不加思考地接受绝对同时性的观念，那是因为“我们习惯于不去注意‘同时看见’与‘同时发生’之间的区别”。(29)这一忽视其实源于这样一个前提：光线的传递不需要时间，或者说光速无限大。就我们日常经验所及的物体而言，其运动速度与光速相比几乎可以忽略，因此光速差不多就是无限大。这就确立了牛顿力学在常识领域的有效性。
从同时性的绝对性出发，时间相对于空间来说就是一个独立的变量。这正是牛顿力学中质点在空间和时间中的运动情况，就此而言，牛顿力学也涉及四维时空(只是时间这一纬度与空间的三个纬度毫无关系罢了)。但若打破同时性的绝对性，确认同时性的相对性，则意味着彼此在做相对运动的惯性参考系都带有自己的时间，时间和空间因此而结合成为一个四维时空。爱因斯坦曾用诙谐的语言表达过这一意思，他说，当初在专利局当职员薪水不高，买不起钟，但他却奢侈地为自己理论中的每一个参考系都安上一个时钟。当然这只是借用日常语言对狭义相对论所做的生动表述。它的数学工具则是闵可夫斯基方程。
现在让我们更深入地考察质量概念。牛顿对于质量的操作定义是，力与加速度的比值。在牛顿力学中，有两种质量，惯性质量和引力质量。先说惯性质量。假设有一恒定的力F作用在一个具有速度v的质量m上，结论似乎是，该物体可以被加速到任何速度，甚至超过光速，但它却与狭义相对论中光速恒值这一更普遍原理相冲突。在此，牛顿对于质量的操作定义不再有效。这是因为，牛顿力学中假设质量是一个恒定的数值，与质量具有的速度无关。事实上，这也正是常识世界里发生的现象，一个物体所含的质量当然是稳定不变的，至少与它所处的运动状态无关，正如行李的重量不会因为放在行驶中的高铁车厢内而变得更重。这种质量，也可称之为静止质量。
现在若要使牛顿定律不与光速恒值原理相冲突，就必须改变质量的操作定义，亦即假设质量随速度而增加，此时的质量称之为表观质量。在此情况下的推论是，在恒定力的作用下，当物体的速度越来越大，物体的质量也随之不断增加，以至要用无穷大的力才能让物体的速度加速至光速。当然这一极限速度不可能达到。根据常识经验，我们能够理解静止质量，但却无法想象表观质量。可见表观质量纯粹是科学思维的产物，但它有科学事实作为基础。对于电磁力来说，在已定的电场中，一个质量不断增加的物体相对于惯性系的加速度会减少到近于零。(30)其实早在1890年，汤姆逊就曾指出，力学质量非常小的粒子可以具有非常大的惯性，只要它的电荷或者速度足够大。亦即电荷都具有表观质量，它在受力之下表现得就如同真正的“质量”。以至有人提出这样的假说，也许根本就没有真正的质量，惯性只是电磁场的一种现象。洛伦兹还据此推论，粒子的表观质量可随着它的速度而增加，要是速度接近光速，质量增加到可超过一切限度。(31)质量的这一表现不符合我们的常识经验，却符合电磁学领域中粒子的运动情况，因为这些微观粒子的运动速度都接近于光速。于是光速作为一个常数进入到运动方程。
再说引力质量，不同于惯性质量，对于引力质量来说，在力与加速度的比值中，加速度是一个恒值，这就是伽利略所发现的事实：真空中一切自由落体具有同样的加速度。由a=F/M必然推出，仅当力与质量成正比时，加速度才能保持不变。此处的力，即为重力或引力。它在力学体系中的意义值得琢磨。或许可以这样来问：在引力场中不同质量的物体具有相同的加速度意味着什么？正是这一事实引起爱因斯坦的思考。此外，狭义相对论与牛顿力学的冲突还表现在，在牛顿理论中，太阳与行星间的引力依赖于两者同时的位置，亦即引力的传递具有瞬时性或者说超距性；但电磁理论及其狭义相对论却否定超距作用，并进而否定同时性的绝对性。正是这一冲突令爱因斯坦感到困惑不安。这就有了广义相对论的诞生。
(二)广义相对论：绝对时空观的失效
爱因斯坦一直在思考自伽利略时代就已澄清的一个事实：自由落体的加速度与物体的重量无关。这不是经验事实，而是一个科学事实。伽利略当时不可能思考这一事实的意义，牛顿也放过了这一事实背后的意义所在，仅爱因斯坦出于直觉才抓住这一事实不放。可以如此设想，当一个人从高空坠落时，他具有加速度但却处于失重状态，亦即不感受到引力的存在。换言之，空间中的一个引力场也可以体现为物体在其中做加速运动，亦即引力效应可以体现为加速度；再做如此设想，假设在宇宙空间远离引力场的地方，有一飞船在自由漂浮，此时若以特定加速度推动飞船向某一方向运动，飞船上的人或物体就不再处于自由漂浮状态，而是牢牢固定于飞船底部，犹如处于引力场中一样。对于飞船上的人来说，他显然无法分辨自己是处于引力场当中还是处于加速度状态。换言之，当物体受到所谓的重力影响时，该重力效应也可以因加速度而引起，亦即加速度可以体现为引力效应。于是，爱因斯坦再次做出一个大胆猜想：加速度与引力产生相同的效应，以至于无法通过物理学实验加以区别。这就是广义相对论的基本原理：加速度与引力等效原理。
在此我们再次看到相对性原理的普遍化：如果说在狭义相对论中，光速在任一惯性系中是一个恒值，因此无法通过光速来分辨所处惯性系的运动情况的话，那么在广义相对论中，由于引力与加速度具有同等的效应，因而无法通过重力效应来分辨物体是处于引力场附近还是处于加速运动状态。既然加速度与引力所产生的效应可以相互替代，对于下落物体来说，当它具有一个恒定(在地球附近很小距离内近似认为加速度恒定的)的加速度时，因引力质量而引起的重力效应就不再存在。这就意味着，下落物体的速度与其重量无关，正是伽利略最初发现了这一事实。
因此有必要重新思考加速度这一概念。加速度总是相对于某个参考系才能成立，因此牛顿力学必须假设绝对空间的存在。但根据牛顿力学的相对性原理，一个惯性系可以相对于另一惯性系来定义，而相对于绝对空间(或绝对参考系)的速率，却是无法通过力学实验来测量的，这就令绝对空间的存在成为一个可疑的概念，因而牛顿只能在神学体系中为它设定一个位置。但根据广义相对论，加速度与引力等效，换言之，引力场中的运动很像是那种相对于某个加速参考系的运动，正如上述理想实验中，处于飞船上的人无法区分自己是处于引力场中还是加速运动状态中。再来回忆相对性原理。在一个匀速运动的惯性系中，我们无法通过力学实验来测算其运动速度；同样道理，在一个加速运动的参考系内，我们也无法通过物理实验来区分这个加速度是引力引起的，还只是那个参照系本身确实在加速。这是因为根据等效原理，凡是能够归因于加速度的现象，也同样能够归因于引力场。这就意味着，不存在绝对加速度。由此推论，绝对空间的概念也不再有正当存在的理由，因为当初牛顿设定绝对空间的存在正是为了满足加速度必须要有一个参考系的要求。至此爱因斯坦的相对论令绝对时空观这一概念不再有存在的必要。绝对时间或绝对空间尽管是牛顿力学的产物，但它们却与日常经验中关于时间与空间的认识密不可分。就此而言，相对论再次剔除了常识经验在科学理论中的隐性存在。
借用通俗的数学语言来表达，一次方程(相当于匀速运动)在坐标系中表现为直线；二次方程(表现为加速度)则表现为曲线。根据引力与加速度等效原理，则可推出，引力亦表现为空间的弯曲，或物体在弯曲空间中的运动，则体现为加速效应。它还解释了一个看似冲突的现象：由自由落体现象可知，空间中的上与下是不对称的；但根据牛顿力学，空间却是均匀同向的。现在从广义相对论来看，加速度本是空间弯曲的效应，在有引力场存在的地方，空间就有弯曲，正如温伯格所指出的，“原来引力在物理学中的角色，与曲率在几何里的角色存在着深刻的相似性。在引力场中任何一点附近的小区域里，通过引进一个恰当的自由下落参照系，可以消除那里的引力，这一事实恰似曲面的性质，不管曲率多大，我们都可以作图来正确反映任何一点邻近的距离和方向。”(32)由于存在曲率，空间当然不是均匀同向的，与牛顿力学相匹配的欧氏几何必须让位于非欧几何。若是套用平庸的理解，这一理论似乎在某种意义上又回到了亚里士多德的空间理论：一个非均匀同向的空间。但事实上不能做这样简单化的理解。科学理论不同于思辨，就在于它必须以数学语言作为形式。历经近十年的艰苦探索，爱因斯坦才为他的理论找到了合适的数学工具，亦即黎曼几何。因此，广义相对论的最终形式就是“以引力重新解释了弯曲空间的数学，以一个场方程决定一定物质和能量产生的曲率”。(33)这就意味着，从常识经验根本无法推出现代物理学理论；但要合理解释常识经验，却必须依靠现代物理学理论。
回头再来讨论亚里士多德的运动观。他曾经把运动分为两大类型：天然运动和受迫运动。天然运动无须受力，受迫运动必须受力，力必须接触才能传递。不过自从伽利略以来的物理学家则告诉我们，运动可分为匀速运动和加速运动。匀速运动无须受力，加速运动才须受力。
就常见的运动现象而言，力可分为两大类：电磁力和引力。电磁力必须接触才能传递；引力则可超距作用。若我们再用亚里士多德的运动观来考察这两种力，则可发现，受迫运动所需要的力恰恰与电磁力有关，而天然运动其实受引力的作用。就常识经验而言，引力虚无缥缈，不像电磁力那样可以切实感受到，难怪当初人们难以接受牛顿所提出的引力概念，从经验现象上看，受迫运动与天然运动确实是两种不同性质的运动，前者看似需要受力，后者看似无需受力。但牛顿的天才恰恰表现在，他仅从力的操作定义(而非经验常识中的接触传递)来处理运动现象，亦即只要有加速度存在，就有力的存在。换言之，F=ma不仅适用于通过接触传递的力，同样也适用于无须通过接触而传递的引力。正是基于此，他的力学体系才能涵盖天体和地面物体的运动。然而事实上，电磁力与引力确实是两种性质不同的力，正如惯性质量与引力质量也是两种性质不同的质量一样。如此说来，亚里士多德把运动分成受力运动(与电磁力有关)和天然运动(与引力有关)，不仅受到常识支持，而且这两种力的统一对于现代物理学来说依然是一个挑战。爱因斯坦的统一场论希望解决的即是这一问题。顺便提及，当时人们知道的基本相互作用只有引力作用和电磁作用。
在经典物理学中出现的上述概念，无论是质量、力、惯性系，还是空间或时间，它们均源于日常经验，因此把握这些概念尽管相对容易，不过对于初学者来说却容易混淆其间的本质区别。但在光学和电学领域，情况则大异其趣，其间的电荷、力线、场或干涉、衍射、偏振之类的概念，与经验常识相去甚远。而在量子力学中，概念与经验常识之间更是缺乏对应关系。讨论这些学科与常识的关系，应该是另外一种挑战。本文在此不作涉及。
六、结语：超越常识如何可能
超越常识首先有赖于想象，想象是基于经验直观的推论，如伽利略通过斜面实验而想象惯性运动；或者牛顿基于钟摆式的时间观而想象绝对时间、基于容器式的空间观而想象绝对空间。但在爱因斯坦的相对论中，假若我们还能想象同时性的相对性(基于这一科学事实的确认，光速的非瞬时性)；想象等效原理(基于对引力理论的理解)，但却难以想象光速在任一惯性系中为恒值(尽管这是一个科学事实)，不过我们可以通过相对性原理的普遍化而得到这一原理，这就是逻辑推理的力量，它甚至高于想象能力。与此类似，常识经验能够想象一个二维平面的曲率，例如球面；但常识经验却无法想象一个三维空间的曲率。然而，无法想象绝不等同于神秘，因为通过数学推理我们能够精确算出该曲率。
可以通过两种方法来定义曲率：一种是量度这曲面同一张切平面的偏离；另一种是考察一个画在这曲面上的三角形，量度其角和与180°的偏离。显然我们无法直接观察并测算一个三维弯曲空间同平直空间的偏离，但我们却可以用第二种方法来求得曲率。这就是在弯曲的三维空间里构造出曲面以及在这些曲面上的三角形，然后量度其角和与180°的偏离，从而算出空间的曲率。于是，尽管我们不能想象三维空间的曲率，但却可以通过数学推理来准确地测算高维空间的曲率并借此研究高维空间的性质。
与此类似的是，由于我们生活在一个三维空间中，因此通过经验根本就无法想象三维以上的空间。但某些通俗读物却如此类比，在二维平面上爬行的虫子，也许无法爬过面前的一道横线，但对于生活在三维空间中的人类来说，则可通过向上纵身一跃而跨过横线。以此类推，若想象四维空间的存在，其间的生物则可轻易穿过人类无法逾越的界限，如头顶的天花板。但这样的类比事实上恰是对科学理论的一种误导，因为高维空间的存在绝不是基于日常经验的想象(生活于平面的虫子无法站立，而生活于立体空间的人类可以站立，就是基于日常经验的想象)，而只存在于数学推理之中。以笛卡尔的解析几何为例。比如，已知方程
，在坐标系中画出的是一个圆；
对应的则是一个球。当方程式中再多一个变量时，就是一个四维球。通过经验我们绝无可能想象四维球长成啥模样，但通过研究方程式，数学家们却可推算四维球体的各种性质。数学，果真是科学的语言。
或许可以做这样的类比，人类好比是井底之蛙，借助想象，或者抬起头来，我们也只能看到一片有限的天空，因为由常识经验砌成的井壁限制了我们的认识能力。我们生活在一个中等规模、中等速度的世界中，我们的感官经验以及语言早已与这个世界浑然一体，这就是常识层面的世界。诚如罗素所言，当赫拉克里特说，人不能两次踏进同一条河流时，他必然生活在温暖地带，而非冰天雪地的高纬度地区。而太阳上若有居民，他们最早建立的只能是拓扑学而非欧氏几何学，因为前者处理连续对象而后者关涉刚体的世界。被传统哲学家极为推崇的所谓直观想象、理智洞察能力均由常识而来，所谓的不言自明也建基于此，欧氏几何中的公理就是一个典型例子。但幸运的是，人类居然找到了通往井外的梯子，这就是逻辑推理(尤其是数学推理)，借此我们的思维才能突破井壁之局限，从而看到更广的一片天空。当然，也只有当我们的认知能力足以穿越井壁时，才能够认清我们所处的常识世界的真面目，进而意识到坐井观天的局限。否则我们就如同亚里士多德所说的鱼，因为生活在水里，而不知道潮湿的滋味。
结论不言而喻，近代科学的起步必然始于常识，这就是亚里士多德理论的意义所在。早期科学家们也曾大大得益于建基于逻辑推理之上的直观想象能力，这是冲破常识束缚的第一步。但随着科学的继续前行，它与常识的关系只能是渐行渐远以至于分道扬镳。其中主要是数学推理起到了关键性的作用。常识概念的形成与语言能力密不可分，所有的人类群体都已经演化出复杂的语言，并且所有的个体也都拥有几乎相等的语言能力，因此世界各地的常识几乎也就是通识(除非因地理环境的不同而造成的认知局限)。但不同于语言的是，尽管所有文明都有数的概念及其简单运算，但并非都能处理复杂的数学语言，数学能力对于个体来说也有不同程度的表现。这就意味着，科学理论的出现确实带有某种程度的机遇或巧合。它并非是人类进化的必然产物。但人类恰好有幸发明了它，因此今人才有幸窥视到了井壁之外的世界，并进而意识到人类心智的无比神奇：一个为认知常识世界而构建的大脑模型，居然可以超越于常识世界而思考。
(本文在写作过程中与华东师范大学物理系博士生沈国华有过多次交流，在一些物理基本概念的把握上，他提供了必不可少的帮助。特此致以诚挚的谢意。)
注释：
①赫胥黎：《人类在自然界的位置》，蔡重阳、王鑫、傅强译，陈蓉霞校，北京大学出版社2010年版，第114页。
②怀特海：《科学与近代世界》，何钦译，商务印书馆1989年版，第112页。
③《爱因斯坦文集》(第1卷)，许良英、李宝恒、赵中立、范岱年译，商务印书馆1994年版，第341页。
④菲利普·弗兰克：《科学的哲学》，许良英译，上海人民出版社1985年版，第63页。
⑤陈嘉映：《哲学科学常识》，东方出版社2007年版。
⑥霍金：《时间简史》，许明贤、吴忠超译，湖南科学技术出版社2001年版，第13页。
⑦陈嘉映：《说理》，华夏出版社2011年版，第31页。
⑧陈嘉映：《说理》，第31页。
⑨迈克尔·托马塞洛：《人类认知的文化起源》，张敦敏译，中国社会科学出版社2011年版，第15页。
⑩詹姆斯·E.麦克莱伦：《世界史上的科学技术》，王鸣阳译，上海科技教育出版社2003年版，第243页。
(11)迈克尔·托马塞洛：《人类认知的文化起源》，第22页。
(12)《爱因斯坦文集》(第1卷)，第313页。
(13)菲利普·弗兰克：《科学的哲学》，第207页。
(14)A.柯瓦雷：《伽利略研究》，李艳平等译，节艳丽校，江西教育出版社2002年版。
(15)《爱因斯坦文集》(第1卷)，第378页。
(16)爱德文·阿瑟·伯特：《近代物理学的形而上学基础》，徐向东译，北京大学出版社2003年版，第136页。
(17)爱德文·阿瑟·伯特：《近代物理学的形而上学基础》，第203—204页。
(18)《爱因斯坦文集》(第1卷)，第224页。
(19)俞允强编著：《广义相对论引论》，北京大学出版社1987年版，第44页。
(20)《爱因斯坦文集》(第1卷)，第581页。
(21)《爱因斯坦文集》(第1卷)，第588页。
(22)菲利普·弗兰克：《科学的哲学》，第140页。
(23)《爱因斯坦文集》(第1卷)，第314页。
(24)《爱因斯坦文集》(第1卷)，第345页。
(25)《爱因斯坦文集》(第3卷)，第387页，注释②。
(26)《爱因斯坦文集》(第1卷)，第24页。
(27)《爱因斯坦文集》(第1卷)，第24页。
(28)见《爱因斯坦文集》(第3卷)，第387页，注释②。
(29)《爱因斯坦文集》(第1卷)，第350页。
(30)菲利普·弗兰克：《科学的哲学》，第146页。
(31)菲利普·弗兰克：《科学的哲学》，第153页。
(32)温伯格：《终极理论之梦》，李泳译，湖南科技出版社2003年版，第81页。
(33)温伯格：《终极理论之梦》，李泳译，第82页。
标签：伽利略·伽利雷论文; 哥白尼论文; 牛顿论文; 牛顿运动定律论文; 科学论文; 地球质量论文; 引力常量论文; 牛顿力学论文; 恒星形成论文; 加速度论文; 引力波论文; 哲学家论文;