恩斯特·马赫（Ernst Mach，1838–1916）是一位奥地利物理学家和哲学家，以其在物理学和哲学上的深远影响而闻名。马赫的哲学观被称为“经验批判主义”，在科学哲学领域占据重要地位，尤其是他对实证主义的贡献以及他对物理学的深刻见解对现代物理学的发展产生了重要影响。本文将从马赫的哲学观、他对物理学的主要贡献以及其思想对后世科学发展的影响三个方面展开。 一、马赫的哲学观1.1 经验批判主义马赫的哲学观以“经验批判主义”（Empirio-criticism）为核心。他反对当时流行的形而上学（metaphysics），主张所有的科学知识应当建立在经验和观察的基础上，认为科学的任务在于描述和组织感官经验，而非探讨经验背后不可知的本质。他提倡科学不应假设“实在的”事物存在于感知之外。例如，马赫批判牛顿的绝对时空概念，认为这是形而上学的产物，而不是基于经验的观察。他主张科学不应假设任何超越直接经验的“实体”。 马赫的经验批判主义对实证主义学派影响深远，尤其是后来的逻辑实证主义。在马赫的理论中，所有的科学知识都来源于感官经验，科学应该将复杂的现象简化为直接经验的描述。例如，他认为力只是物体运动变化的一种简单描述，而不是一种“实体”或独立存在的“力”的本质。 1.2 马赫原则马赫原则（Mach's Principle）是马赫哲学观的重要体现之一。这一原则表述的是物体的惯性不仅取决于其自身的质量，还受到整个宇宙中所有其他物质的影响。换句话说，马赫反对牛顿关于惯性是一个与周围物质无关的绝对概念，主张物体的惯性源于其与周围物质的相互作用。这种思想对后来爱因斯坦的广义相对论产生了重要影响，虽然爱因斯坦最终没有完全采用马赫的观点，但他明确承认马赫原则为广义相对论提供了灵感。 马赫的这一思想与他对形而上学的拒斥相一致。他认为物理学的基本概念应当来自于经验和观察，而不应假设任何“绝对”的存在。这一立场使得他对牛顿绝对时空理论和力的概念持批判态度。 二、马赫对物理学的贡献2.1 马赫数马赫数（Mach number）是马赫对流体动力学的一个重要贡献。马赫数定义为物体在流体中运动的速度与该流体中的声速之比： Ma=v/c 其中 v 是物体的速度，c 是流体中的声速。 马赫数的概念在航空学和气体动力学中极为重要。它用来描述飞行器或流体中其他物体的运动是否超音速。马赫数为1时，物体的速度等于声速；大于1时，物体的速度为超音速；小于1时，则为亚音速。马赫数的引入帮助科学家更好地理解不同流速下的空气动力学特性，尤其是在高速气体流动时，如喷气发动机或火箭的设计。 2.2 冲击波理论马赫在研究高速运动和声波传播时，提出了关于冲击波的重要理论。他通过实验观察到，当物体以超过音速的速度运动时，会产生一种“马赫波”，即冲击波。这种冲击波的存在导致了声障现象，即飞行器在接近音速时会遭遇到巨大的空气阻力。马赫的实验为理解和设计超音速飞行器奠定了基础。 马赫的这一研究成果对航空学的发展产生了深远影响。冲击波理论不仅应用于飞行器设计，还在其他领域如爆炸物理学、天文学等方面发挥了作用。 2.3 光学与感觉的研究除了在力学和流体动力学上的贡献，马赫还对光学和生理学做出了贡献，尤其是在视觉和听觉领域。马赫研究了感官如何处理视觉和听觉信息，他的研究结果帮助人们理解感官知觉背后的物理和生物机制。 例如，马赫研究了视觉系统对边缘和对比度的敏感性，并通过一系列实验发现了所谓的“马赫带”（Mach Bands）现象。当我们观察到一个亮度梯度时，眼睛在相邻的区域会看到一些虚假的亮边或暗边，这种视觉效应是由于视觉系统处理边界的方式造成的。这些研究不仅推进了心理物理学的发展，也为视觉科学提供了重要的基础。 三、马赫思想对物理学的影响3.1 对相对论的启发马赫的哲学思想尤其对爱因斯坦有着直接的影响。爱因斯坦在发展广义相对论时，受到了马赫原则的启发。虽然马赫原则并未在广义相对论中得到完全的体现，但它促使爱因斯坦思考引力与物质之间的关系，以及时空的相对性。马赫主张惯性源于物体与宇宙中其他物质的相互作用，这一思想帮助爱因斯坦构建了他关于时空与物质相互依存的理论框架。 3.2 对量子力学的影响马赫的经验批判主义还对量子力学的创始人产生了影响，尤其是尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）和维尔纳·海森堡（Werner Heisenberg）。马赫强调科学不应探讨超出经验的“实在”，这与量子力学中关于测量问题的讨论相呼应。海森堡的不确定性原理与马赫的哲学观念有一定的相似性，量子力学中的许多概念，例如波函数的坍缩和观测者效应，都可以看作是对经验主义的回应。 3.3 对科学哲学的影响马赫的经验批判主义对逻辑实证主义学派的发展起到了关键作用。20世纪初，维也纳学派的成员如卡尔·波普尔和路德维希·维特根斯坦受到了马赫思想的影响。他们主张科学理论必须基于经验和逻辑，而非形而上学的推测，这与马赫的观点相呼应。 结语恩斯特·马赫不仅在物理学的具体研究领域做出了重要贡献，如马赫数和冲击波理论，还通过其哲学观对现代科学的发展产生了深远影响。他的经验批判主义推动了科学哲学的转型，影响了广义相对论和量子力学的形成。虽然他的某些观点在现代物理学中并未完全得到证实，但他所倡导的基于经验的科学方法仍然是当代科学研究的重要基石。