人类的知识-第8章

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体”，另一方面它是常识中叫作“东西”的专门名称。在早期阶段，“能量”

是“物质”的一种状态。能量由两部分构成，动能和势能。一个质粒的动能
等于它的质量与它的速度的平方的乘积的一半。它的势能等于把这个质粒从
某个标准位置移动到它现在位置所需要做出的功。（这里剩下一个常数没有
确定下来，但无关紧要。）如果你把一块石头从地面搬到一座塔顶，那么这
块石头在这个过程中就得到势能；如果你从塔顶把它抛下来，那么在降落的
过程中势能就逐步转变为动能。在任何一个独立自足的体系内，总的能量是
固定不变的。能量有各种不同的形式，热能就是其中的一种；宇宙中的能量
有越来越多转变为热能的趋势。由于焦耳测定了热能转变成机械能，能量不
灭才第一次成为颠扑不破的科学结论。

相对论和实验都证明质量不像以前人们所认为的那样，是固定不变的，
而是随着快速运动而增加的；如果一个质粒的运动速度与光的速度同样快，
那么它的质量将变为无限大。由于一切运动都是相对的，所以随着不同的观
察者对于要计算的质粒的相对运动的不同，他们在质量上所得到的不同计算
结果都是同样合理的。但是只就这个理论来说，却仍然有一个计算结果可以
当作基本的计算结果；这就是对于要计算其质量的物体处于相对静止状态的
观察者所得出的计算结果。由于质量随着速度得到的增加只有在速度可以和
光速相比时才可以影响计算结果，所以上面这种情况实际上包括除了从放射
性物体放射出的α质点和β质点以外的一切观察到的现象。

量子论给了“质量”概念一个更重大的打击。现在看来，只要有由于放
射现象引起的能量的减少就一定有相应的质量的减少。有人认为太阳每秒钟
失掉的质量有四百万吨。举另外一个例来看：一个不带电的氦原子（照波尔
的理论来讲）由四个质子和四个电子组成，而一个氢原子则由一个质子和一
个电子组成。假定这种说法合乎实际情况，人们就会推想到一个氦原子的质
量是一个氢原子的质量的四倍。但是实际情况并不是这样。把氦原子的质量
作为4，氢原子的质量并不是1，而是1。008。原因在于四个氢原子合成一个
氦原子时（由于放射现象）失掉了能量——至少我们必须这样假定，因为从
来还没有人观察到这个过程。

人们认为四个氢原子合成一个氦原子的过程发生在星体的内部，如果我
们能够造成和星体内部相差不多的温度，那么这种合成过程就可以在地面上
的实验室里进行。合成氢以外的元素所失掉的能量几乎全部都发生在过渡到
氦的阶段内；在以后的阶段能量失掉得很少。如果我们能够用人工的方法把
氢制成氦或任何氢以外的元素，那么在这个过程中就会放出大量的热能和光
能。这就表示有可能发明比目前用的破坏性更大的原子弹，目前用的原子弹
是用铀制成的。另外还有一种好处：地球上铀的储藏量非常有限，人们唯恐
不等人类灭绝铀已经用完，但是如果我们能够利用海水里实际上取之不尽的
氢的话，那么我们满有理由指望人类会自己结束自己的生命，从而让那些不
及人类凶残的动物得到好处。

但是我们现在还是回到不那么令人愉快的话题上来。波尔理论的说法在
许多方面仍然适用，但是却不能用来叙述量子物理的基本原理。为了叙述这
些原理我们一定不要把原子内部的现象想象成任何图象，一定不要再设法给
能下定义，我们只能说：有某种可以度量的东西，我们把它叫作“能量”；
这种东西在空间分布得很不均匀；有一些小的领域，其中有大量的能存在，
这些领域叫作“原子”，按照较旧的说法，物质就存在于这些原子之内；这
些领域以具有周期性“频率”的形式不断吸收或放出能量。量子方程为确定

某一个原子放出能量可能的形式，和（在很大数目中）每种可能性出现所占
的比例数提供了规律。在这一方面，除了放射能在进行观察的物理学家身上
所产生的色、热等感觉以外、剩下的就都是抽象的和数学上的东西了。

数理物理学就是由理论构成的一座庞大的上层建筑，它的庞大几乎令人
忘记了它是建筑在观察基础之上的东西。可是它毕竟是一门经验性质的学
科。它的经验方面的性质在物理常数上表现得最为明确。爱丁敦（《科学的
新途径》第230　页）给了我们下面这个物理上最基本的常数表：

e　一个电子所带的电荷

m　一个电子的质量

M　一个质子的质量

h　普朗克常数

c　光速

G　引力常数

λ宇宙常数

这些常数出现在物理学的基本方程内，人们通常（虽然并不总是）认为
其中任何一个常数都不能从另外一个常数推论出来。人们认为其它常数在理
论上可以从这些常数演绎出来；计算有时可以得出具体数字，有时即使是数
学家也感到很困难。它们代表能够用方程表示的都化为方程之后所剩下的最
简单的事实。（我并没有把只属于地理方面的最简单的事实包括在内。）

应该看到的是我们对于这些常数的重要性比起对于它们的这种或那种解
释认识得要确实得多。从1900　年到现在普朗克常数被应用的短短的历史来
看，这个常数曾经有过各种不同的文字表达方式，但是它的数值却没有受到
这些不同文字表达方式改变的影响。不管量子论将来发生什么变化，常数h
将继续保持它的重要性却是完全可以肯定的。关于电子的电荷e　和质量m，
情况也是一样。电子也可能从物理学的基本原理中完全消失，但是可以完全
肯定e　和m　将继续保留下来。在某种意义上讲我们也可以说这些常数的发现
和测定是现代物理学中最坚实的成就。

第四章生物界的演化

到现在为止，我们所谈的问题不是作为一个整体来看的宇宙，就是宇宙
各部分所共有的各种特点。天文学和物理学的知识如果正确，这种知识是完
全中立的，意思是说它对于我们本身或是对于我们的时空邻域没有任何特殊
的关系。但是现在我们必须把注意力转移到比较狭窄的问题上来。关于我们
自己这个星球和它上面的寄生者，我们知道的东西比关于另外的领域所知道
的要多。可能其它地方也有生命存在，在某块遥远的星云中也可能存在某种
虽然与我们所理解的生命并不相同，却有着和它同样复杂并且与我们所认识
的无机物质同样不同的现象。但是这种说法尽管可能符合真实情况，我们还
没有什么正面的理由来做这样的假定；我们关于生命的全部知识都是根据在
地球表面或是距离地球表面很近的地方所做的观察得来的。在生命的科学研
究上我们不再去看天文学的宏伟远景，也放下了从原子理论得来的关于结构
方面详细而切实的知识探讨。

人类发现以科学的态度研究生命比研究天体更加困难；在牛顿那个时
代，生物学还深受迷信的影响。一切生物所具有的生长能力和动物所具有的
显然是自发性的运动能力，看来都是神秘而不可测。动物的运动不象天体的
运动那样简单而有规律。另外由于我们自己也有生命，所以我们认为凡是我
们与木石或禽兽不同之处都是高贵的，拿来作为冷静的科学研究的对象未免
有点贬低我们的身价。

虽然圣经起初是接受哥白尼体系的一个障碍，人们却很快就发现可以对
它作出一些解释，使像牛顿本人那样虔诚出众的人可以一方面相信圣经的文
字给人的感化，一方面又相信天文学的知识。但是在生物学上把科学和创世
记调和起来就更加困难。如果我们照字面相信圣经上的话，世界创始干纪元
前4004　年或前后不久；每一种动物都是分别创造出来的，亚当和夏娃是没有
父母的。在动物当中只有人类被认为具有不朽的灵魂、自由的意志、道德上
的责任和可怕的犯罪能力。所以人和比他低的动物之间的鸿沟是不可逾越
的；一个半人半猴的生物是不可想象的。对于从圣经得来的教义人们又添上
了从柏拉图或亚里斯多德那里得来的另外的学说。只有人类是有理性的，这
就是说他可以作算术并理解三段论法。每一种生物都是永不改变的，是天上
的一种神圣的形体的复本；莎士比亚写的一行诗里所含蕴的正是这个道理：

但是自然赐给他们的形体复本是有期限的①。

后来地质学发现灭绝了的生物，人们就假定它们是在洪水时期灭绝的。
所有现在生存的动物种类都是从诺亚方舟上的一对传下来的，尽管有些自然
学家对于树懒怎么能从阿拉拉特山最后到达南美，并且中途没有一个停留下
来感到奇怪。还有一种与上面不相一致的学说，这个学说认为有些生物是由
于太阳晒在粘土上而自然产生的。

到了十九世纪中叶，具有很高科学成就的人由于一些现在看来令人奇怪
的疑难问题而感到苦恼。例如，在亚当犯罪之前，世界上没有攫食其它动物
的猛兽；狮子和老虎心满意足地啃着草，兀鹰也只是高兴地吃着水果和草本
植物。在地质学似乎已经证明有人类以前就有了食肉动物之后，人们就很难
再把一切痛苦，不管是人的还是动物的，都看成是对于亚当吃苹果犯下的罪

①　见莎士比亚剧本《马克白斯》第三幕第二场。——译者

的惩罚。上世纪中叶一位很有能力的地质学家休·米勒一方面承认这种证据，
一方面又被它弄得非常不安。总的说来，地质学经历了一场艰苦的斗争。因
为巴封主张现在的高山和山谷的产生是由于“次要的原因”，即不是直接由
于上帝创造万物的命令，结果受到索尔朋大学的谴责，并强迫他当众收回自
己的