第一章-时间、空间、物质和力
1.宇宙不可约量的概念
时间、空间、物质和力构成了事物的元素，也是我们所有知识的基本基础。
时间和空间是我们限定宇宙的两个尺度。力是现象的起因，物质是它们的网。
其中三个要素——时间、空间和力量——是相当不可简化的。物质可以重新转化为力，不仅因为如我已证明的那样，物质是一种特殊形式的能量，而且还因为它在力学方程中仅由力的符号来定义(1)。
[(1)在CGS系统中，现在普遍采用的物理量的大小，我们考虑:(1)基本质量、长度、质量和时间;(2)导出的量。最后一类是非常多的，主要由几何的派生量组成——表面、体积和角度;机械学——速度、加速度、力、能量、功、功率等;电、磁电阻、强度、电位差等。
时间、空间和力是不可约的，不能与任何东西相比，是不可定义的。我们只知道我们的常识告诉我们的。因此，当我们为了给这些伟大的实体下定义，努力超越普通观察所揭示的东西时，我们就会遇到难以解决的困难，最后就像哲学家们一样，承认它们只是头脑的创造，涵盖了完全未知的现实。
这些现实对我们来说是不可知的，因为我们的感官一直处于它们和我们之间。我们对宇宙的感知只是我们感官所产生的印象。我们赋予事物的形式受我们智力的本性的制约。因此，时间和空间是我们的感官强加在事物表象上的主观概念，这就是康德认为时间和空间是感性的形式的原因。对于一个能够同时掌握继承顺序和现象共存顺序的高级智能来说，我们对空间和时间的概念将没有意义。
此外，它不仅是空间和时间，而是所有的现象，从我们认为我们知道的物质到我们的梦创造的神，都必须被认为是我们理解的必要形式。这个由我们感官的印象所构成的世界是一个概括的翻译，必然与我们所不知道的真实世界相去甚远。对人来说，时间只不过是事件之间的关系。他通过移动物体(如星星或时钟)位置的变化来测量。只有通过变化，就是说，通过运动，我们才能了解时间的概念。康德说:“在一个没有任何运动的世界里，物质的内在状态不会有丝毫的顺序。”因此，物质之间相互关系的废除同时也带来了顺序和时间的湮灭。如果没有事件，显然就没有顺序，因此也就没有时间。
使世界和居住在世界上的生物静止，就是使时间静止——也就是说，使时间消失。如果这种固定是绝对的，生命就不可能存在，因为生命意味着变化;但两者都不会变老。根据传说，不朽的神永远不会改变，不知道时间。对他们来说，天堂的时钟永远是同一时刻。因此，变化才是时间的真正创造者。只有在运动的形式下，它才象力量和一切现象一样是可以想象的。运动的这个基本概念是一切现象的基础。它的作用是定义宇宙的大小，而且只能由它们来定义。它不是一个不可简化的概念，因为它是由力、物质、空间和时间等概念的结合而形成的。 It is evident that we require the intervention of all these in order to define the displacement of a body.
在物理学中，量的大多数变化都与时间的变化有关。当表达一种现象与时间关系的曲线被知道了，科学就可以从现在回到过去，也可以知道未来。
空间的概念和时间的概念一样不清晰。莱布尼茨把时间定义为现象共存的顺序，时间是它们继承的顺序。空间和时间可能是同一事物的两种形式。
如果没有天体的存在，太空似乎是无法想象的。一个完全虚空的世界不可能产生空间的概念，这也是哲学家拒绝将客观现实空间化的原因。在他们看来，空间的存在就像时间一样，是一种质量，既没有现象，也没有实体，就既没有空间，也没有时间。
以上简要的揭露足以表明，人们对于宇宙的基本元素所能形成的观念是多么的不精确和有限。我们的知识只是相对的，我们只能用已知的知识来定义。因此，所有的知识都意味着一种比较，但我们能拿什么来比较事物不可简化的元素呢?它们形成现象，并隐藏在现象背后。
如果宇宙不可还原的大小在本质上是未知的，它们至少会产生可测量的效果。我们对它们的看法，就像铁路上的搬运工，即使不知道包裹里装的是什么，也能准确地称重量。
科学就是由这些测量方法组成的。通过它们，我们建立了构成我们知识网的数字关系，因为支持它们的现实脱离了我们。事物的性质只有通过测量才能得到恰当的定义。定性代表一种主观的评价，这种评价可能因人而异。定量代表一个可以被保留下来的固定的大小，并使我们的感觉变得精确。用定量的方法来代替定性的方法是学者的主要任务。“我经常说，”开尔文勋爵写道，“如果你衡量你所说的东西，并能用数字来表达，你就对你的主题有所了解;但如果你不能衡量它，你的知识是贫乏的和不令人满意的。”
2.宇宙不可约大小的测量
通过测量和把构成物网的异质元素放在另一个上，科学设法创造出了某些概念，例如质量、动能等，由于我们无法想象他人，我们不得不考虑现实。
这些概念随我们把不可简化的事物元素组合在一起的方式而变化。把力量与空间联系起来，我们就创造了能源科学。把空间和时间联系起来，我们就创造了速度的科学，也就是运动学。把力、空间和时间联系起来，我们就创造了机械动力的科学。显然，通过这样的行动，我们必须把各种各样的因素联系起来。
力(F = MA)是阻力系数乘以加速度。功(T = F x E)是力乘以长度。速度(V = L/T)是空间除以时间。质量(M = P/g)是重量除以速度等)只有把这些截然不同的大小结合起来，才有可能精确地阐述解释宇宙现象所依据的力学概念。
要完全定义一种现象，就必须把事物的三个大坐标——时间、空间和力联系起来。如果只测量其中的一两个，就只能部分地了解这种现象。现代能源和权力概念的形成提供了这方面的极好例子。直到把力的模糊概念看作是力的同义词之后，又加上空间概念，然后又加上时间概念，这些概念才被准确地表述出来。
在力学中，力被定义为运动的原因;力的单位是在质量单位上产生的加速度。当一个力移开它的施加点时，就产生功。后者是被认为是运动原因的力的产物。已选定公斤米作为功的单位。这是使一公斤位移为一米长度所需要的功。机械能的这个单位现在用来测量一切形式的能。
因此，仅凭我们把空间与力联系起来这一事实，我们就可以测量力，并把力包含在一个公式中。这使我们能够理解，在能量不变的情况下，我们如何能产生大小不等的力。如果,事实上,我们称之为力F,空间E,和工作,我们获得根据前面的定义T = F x大肠这个公式,它定义了工作单元,力F和空间E显然可以反向变化不改变他们的产品,也就是说,工作。因此，在按比例减少所覆盖的空间的条件下，我们可以大幅增加力。正是这种操作受到某些机器的影响，例如杠杆，它增加了力而不是功。以一公斤米的花费，可以提高数百公斤米，但在力量中获得的将在覆盖的空间中失去，产品F × E永远不会超过一公斤米。因此力可以乘，但能量不能乘，能量的大小是不变的。
进入工作单位的只有力和空间元素，而不是时间元素。一公斤米可能在一秒内消耗，也可能在一千年内消耗，这两种情况的结果必然是非常不同的。这一点在镭的例子中得到了很好的说明，一克镭含有数千公斤。这种力量看起来是巨大的，但它的产生在每一个瞬间都是如此的微小，以至于需要几千年的时间才能完全解放它。这就像一个水库，里面有大量的水，但每次只能流出一滴。因此,通过封闭自己协会的力量和空间,我们已经创建了一个单位,允许我们评估kgm任何机器的力量感动任何汽车,但它并没有告诉我们如果这些kgm产生在一分钟或一年。因此，我们对这台机器的能力知之甚少。
要确定这一点，只要把力和空间这两个元素加起来就足够了，这两个元素给了我们功的单位，即元素时间。这样我们就有了所谓的功率单位，它是功与时间的商。它向我们展示了在给定时间内产生的工作。如果有人告诉我们一台机器能生产一公斤米，我们对它的功率一无所知。如果加上这千克米是在一秒钟内生产的，我们就完全知道了。
从商业角度来看，千克/秒这个单位太小了，现在已经采用了75倍的单位。这是马力，代表75公斤在一秒内上升一米(1)。
(1)在物理学中，经常使用其他的单位，但我们不能改变已说过的话。如果力的单位不是公斤，而是达因;如果空间的单位不是米，而是厘米，那么功的单位就不是公斤米，而是尔格。
在这最后一个单元中，我们将看到，事物的三种不可简化的元素——时间、空间和力量。同样，物质的作用也是间接的，因为被测量的力就是用来对抗它的惯性，使它运动的力。
我们刚才已经看到，把神秘的普罗透斯所说的力量包裹在空间和时间里，就有可能抓住它，并在它的欺骗性形式下认识它。我们进一步深入现象的本质，就会发现，空间和时间不仅是用来衡量力的，而且还决定力的形式和大小。
第二章-宇宙的常量:阻力和运动
1.对改变的惰性或阻力
我们只知道力量产生的运动。力学，声称是其他科学的基础和解释宇宙，致力于研究这些运动。
运动的概念意味着物体要运动。观察到这些东西对母猪的移动呈现出一定的阻力。物体对运动或运动变化的阻力称为惯性。质量的概念就是从这个性质推导出来的。
因此，我们发现自己处在两种元素的面前，这两种元素不是刚才研究过的那种不可简化的，而是基本的。这些是运动和运动的阻力，或者，换句话说，变化和变化的阻力。惯性——也就是说，物质抵抗运动或运动变化的能力——是它最重要的属性，甚至是唯一允许我们跟随它的所有变化的属性。它的其他特性，如固定性、色度等，都取决于几个可变的原因而可能改变，而惯性则不取决于任何因素而不可改变。无论是液体、固体、气体，无论是孤立的还是结合的，同一个物体都具有不变的惯量。间接地通过平衡来衡量，这使我们能够跟踪它的所有变化。
这种惯性的不变性，换句话说，质量的不变性，是建立在化学和力学基础上的。惯性在现象中所起的主要作用是日常观察的问题。正是由于惯性，世界才得以继续在空间中运行，火药爆炸后从大炮上发射出来的炮弹能飞几千米。由于惯性是反对物体运动变化的，如果没有不同的相反的力，例如空气的阻力，物体甚至会无限期地继续它们的运动。因此，如果火车的惯性不是不断地被各种阻力、摩擦等所抵消，那么它就可以在没有任何电动机的帮助下，以同样的速度继续前进。机车只是用来克服这些阻力和摩擦的。同样的物质惯性使火车不能突然停下来。为了达到这个效果，即使发动机已经停止工作，也必须使用非常强大的刹车。惯性既与运动相反，也与运动的变化相反，因此要使静止的火车起跑，就需要很大的力;要使运动的火车停下来，也需要很大的力。
因此，根据惯性原理，当一个运动的物体由于某种原因而使速度减慢时，惯性就使速度保持不变，因为根据惯性的定义，它反对运动的变化。反之，当运动物体的速度增加时，惯量就会减慢这种加速度，其原因与运动的变化相反。
电具有或至少看起来具有惯性，它的行为与运动中的物质相似。它的惯性在感应现象中，正如上面所说的那样，与运动的变化相反，也就是说，与使它减慢或加速的原因相反。这是由支配归纳现象的楞次定律表示的。也许可以根据作用和反作用相等的原则来解释它们，而根本不需要援引惯性。测量物质的惯性很容易，注意到它的性质也很容易，但要解释它的性质还不可能。
牛顿是第一个科学地研究惯性的人，他认为惯性是一种力。“存在于物质中的力，”他说，“是它的抵抗力，正是由于这种力，每个物体才能保持其静止或直线运动的实际状态。”
现在的趋势是承认物质和以太是通过力的线联系在一起的，而物质的整个惯性应该是被力的线抓住的以太的惯性。但是，无论惯性是属于物质的，还是属于物质所在的介质的，都不能使我们更接近于一种解释。
关于惯性，可能说的最不可能的事情是，物质，正如我已经指出的，是一个巨大的力的集合，与它周围的以太具有某种平衡关系。身体的运动必须打破这一平衡，并创造出其他的平衡，从而导致运动的继续和对速度变化的阻力。在运动物体的内部平衡中，某些东西可能会发生变化。
毫无疑问，在惯性的概念之外，还应附以作用和反作用相等的原则。尽管这是力学中的基本原则，但也很难解释清楚。它已由牛顿表述如下:-
一个身体向另一个身体施加压力或牵引力时，从后者那里得到相等而相反的牵引力或压力。这意味着，如果你在无限刚性的壁上施加100公斤的牵引力，它也会对你施加同样的牵引力。这样，墙就变成了，正如M. wickerheimer所指出的，一个形而上的人，与你对立起来。机械学似乎是最精确的科学，与形而上学最陌生的科学，实际上，机械学是包含最明显或最隐蔽的形而上学概念的科学。它们显然包含了深刻但完全未知的原因。也许我们应该把某些力看作一对，也就是说，它们的作用就像绷紧在两点之间的弹簧，来解释反作用力方向相等的原理。很明显，对其中一个采取行动而另一个却不立即作出反应是不可能的。重力和电属于这个范畴。
2.质量
用来表征物质特性的质量只是它的惯性的量度，也就是说，它对运动的阻力的量度。它是通过求力的大小来测量的，这个力必须与惯量相对，才能抵消惯量。选择重力是因为它容易处理。我们可以用重量来测量放在天平的一个天平上的物质的某一部分的惯性，每个重量都代表着一定的吸引力。
质量的概念建立起来很慢。马赫在他的《力学史》中指出，笛卡尔、牛顿和莱布尼茨对它的理解非常模糊。伽利略把质量和重量混淆了，即使在现在，许多人也是这样做的，尽管由于采用的单位，重量用一个比质量大10倍的数字来表示(1)。
(1)重量和质量之间的区别，以前被认为是同义的，只有当观察钟摆揭示出同一个物体在地球的不同地方可能受到不同的重力加速度时，才变得明显。1871年，天文观测第一次发现，巴黎的时钟在圭亚那报时时不准确。为了使它的速度有规律，就必须缩短调节摆的长度。
此外，“质量”一词在今天有两种不同的含义。对物理学家来说，质量是惯性系数，对天文学家来说，质量是引力系数。如果一个物体的质量，也就是它所具有的惯量，在全球范围内都是一样的，那么它的质量，即它所具有的惯量，将根据消除它所必需的吸引力来衡量。化学家们只需要比较物体的质量，没有别的办法。为了进行力学计算，必须找到另一种元素，因为重力会随着纬度和离地高度的变化而变化。最后一种变化甚至会在房子的不同楼层中表现出来。
物体的重量因处而异，但物体所能承受的加速度也发生相同的变化。因此，这两个震级的比值在地球上的所有点上都是恒定的。在力学的计算中，总是把P/g这种关系考虑在内。根据数字g的值，可以得出，在数字表达式中，物体的质量几乎不能代表其重量的十分之一。定义质量的M = P/g方程，指的是重力;但由于重力可以被任意力F所代替，产生加速度A，我们得到质量M的一般表达式= F/A。这是力学的基本方程。人们不能太仔细地看它的意思。
从我上一本书中提到的最近的研究来看，质量一直被认为是一个不变的大小。这些结果表明，不仅质量随原子的离解而变化，而且进一步表明，离解产物的质量随其速度而变化。这个质量甚至可以增加到无限大的程度——也就是说，当速度接近光速时。此外，没有什么能证明它与以同样速度运动的普通物质不同。
质量不仅随速度而变化，而且它是否也随温度而变化，最近成了一个问题。这个问题尚未阐明。无论怎样，质量根本不象化学和力学从前所设想的那样是一个不变的大小。科学所认为的现象的不动的支点和一切事物的出发点，却变成了一种变化的量，这种量的表面上的固定，只是由于我们观察手段的不完善。
然而，在不断变化的现象海洋中，物质的惯性仍然是最稳定的东西。这种稳定性不是绝对的，但就我们的一般要求而言，物质的惯性可以被认为是宇宙中最大的常量之一。
3.运动和力
半个世纪以来，科学界一直认为她发现了宇宙中的第二种常量元素。这个元素是能量，力量是能量的简单表现。
我们现在只研究力的基本要素。我们可以通过它们所产生的运动来了解它们，这就是为什么在经典力学中，力被简单地定义为运动的原因。
仅凭惯性，物体只能作匀速直线运动。这种运动一加速，我们就认识到有一种力介入了。力学所测量和计算的仅仅是这种加速度。
因此，只有机械师通过运动才知道力。运动不是一个不可简化的大小，因为它是从宇宙的四大元素——时间、空间、物质和力——中派生出来的，只有这四大元素才使它能够被定义。
我们以前已经看到，通过把力和空间联系起来，机械能和功的单位是如何构成的;在以后的一章中，我们将看到现代能量守恒的概念给力的概念所带来的变化。
前面的内容向我们展示了运动和阻力的概念是如何从力和质量的概念中推导出来的，力学的原理就是建立在这些概念之上的。公式F = MA定义的力是由赋予具有运动阻力的物体的加速度所决定的。
总而言之，运动——即变化——和惯性——即对变化的抗拒——构成了力学的基本要素。现在我们将看到，通过将它们联系起来，这门科学是如何试图解释宇宙现象的。
第三章-力的建立和宇宙的机械解释
1.力的循环
我们刚才已经看到，宇宙的力量在减少到它们的基本元素时，仍然保持着阻力和运动。阻力由物质或以太的惯性来表示，而运动则由这些物质在空间和时间中的位移来表示。
力的大小是由它们产生的运动速度决定的，它们的形式是由这些运动的性质决定的。物质的运动只有当它与抵消或减少其速度的对抗因素接触时，我们才看得出来。例如地球，由于它在空间中作旋转和平移的运动，就具有巨大的动能。但它没有被注意到，因为我们的地球在它的道路上没有遇到任何障碍。然而，它的动能也许足以使它偶然撞击的任何行星蒸发。在地球的运动中，所有生活在地球表面的东西都是随地球一起运动的，因此具有相当大的动能。如果它们突然从地球表面的一个点移动到另一个具有不同速度的点，就会出现这种情况;例如，从极点到赤道。一到达赤道，它们就会以六倍于火车的速度被抛向太空。
抛开炮弹在直线上的平移运动，或恒星在直线上的旋转运动，物质和以太可能表现出非常不同的运动形式。这种力量的结果在方面是非常不同的。我们观察到明显的振动运动，就像音叉的振动，和圆形的扰动，就像把石头扔进水里产生的扰动，等等。光和热恰好显示了这些运动的最后形式。不仅是这种运动，而且速度的变化也决定了力的性质。最近的电学理论很好地证明了最后一点。事实上，它们表明，磁力、电流和光等相互之间差异如此之大的力，是由电粒子运动的简单变化产生的。
静止的带电体只产生引力和斥力的作用，不具有磁性。只要使它动起来，它就立刻被磁力线所包围，并且产生电流的所有效果，就像通过电线一样。让我们通过一个突然的加速来改变粒子的速度，它们立即辐射出整个以太。赫兹波，热波，最后是光。这些能量的形式，虽然在性质上各不相同，但看来只是运动的简单变化的结果。
除了运动，大自然的力量可能还包含其他因素。这些元素不影响我们的试剂，因此我们不认识它们。在现象的海洋中，科学只能挑选出它可以理解的东西。
2.宇宙的力学解释
前面提到的东西使我们预先感到，对力学所提出的现象的最终解释必然是多么的不完整，因此必然是多么的不充分。
自然，这个结论不是主张用运动方程来解释一切的学说的捍卫者所得出的结论。他们不因概念过于简单而停止，不相信所有的现象都包含在他们的公式中，他们既不知道怀疑，也不知道不确定，并以为他们已经永远建立起一幢雄伟壮观的大厦。
对于大多数学者来说，这种崇高的信心仍然存在。其中最杰出的一位，院士Cornu，在1900年的体质大会上发表了如下讲话:-
笛卡尔的精神在现代物理学中翱翔。我在说什么?他就是那闪耀的光!我们对自然现象的认识越深入，关于宇宙机制的大胆的笛卡尔概念就越发展和精确。在物质世界里只有物质和运动。
就在他们说这番话的时候，这幢古典式的建筑物上出现了深深的裂缝。当数学家们起草公式的时候，物理学家们正在做实验，而这些实验越来越不符合公式。然而，这些差异并没有给数学家们带来多大的困扰。一旦方程式与实验结果不一致，他们就通过想象“隐藏运动”的介入来纠正方程式，而“隐藏运动”完全阻碍了观察。这个过程显然很巧妙，但显然也有点孩子气。迪昂先生说:“既然对这些隐秘的运动没有任何条件或限制，那么，我们又如何能证明一个特定的差别在这些运动中找不到它存在的理由呢?”
尽管有这些托辞，但随着物理学的进步，经典力学的不足日益明显。“存在着，”我刚才引用的作者写道，“拉格朗日力学，也就是经典力学，与物理定律之间根本的不相容;这种不相容不仅攻击这些现象的法则，在这些现象中，运动的还原是假设的对象，而且也攻击支配可感知运动的法则。
经典力学不仅在与宇宙的综合有关的重大问题上表现得十分不足，而且在气体理论这类显然温和得多的问题上也是如此。通过调用概率的计算，通过想象一种统计方法，它建立了非常复杂，也非常不确定的方程，避免了所有的验证。
继续教授力学公式的教授越来越不相信这些公式。对他们来说，这个虚构的宇宙，归结为施加力的点，似乎是非常虚构的。“没有一个合理力学原理是适用于现实的”，最近给我的信中写道，一位对力学问题进行了最深入研究的学者，著名的德韦尔肖沃斯·德里教授。
事实上，机制已经陷入一种无政府状态，似乎不太可能出现，尽管人们曾多次尝试改变它。目前存在三种非常不同的力学体系:-
- 经典力学，建立在质量，力，空间和时间的概念上。
- 赫兹力学，摒弃了力的概念，取而代之的是隐藏在物体之间的联系。
- 建立在能量守恒原理基础上的能量力学，我们将在后面进行研究。在这个过程中，物质和力消失了。除了能量，宇宙中没有任何其他基本元素。这个元素是坚不可摧的，同时不断地改变它的面貌。各种现象只是能量的突变。
然而，我们可以通过用任意大小取代时间、空间和质量的概念，并将现象表示为这些新大小的函数，从而使机械系统无限变化。这有时是通过在方程中引入诸如压力、体积、温度、电荷等决定物体状态的物理量而不是经典力学中的坐标来实现的。从前一章引用的关于物质分离的研究中得出的原理，可以推断出一种新的力学，在这种力学中，物质将被视为宇宙中各种力量的来源。我们应该在方程式中写出这样那样的力只是物质减去某物，惯性是原子内能量和醚等之间平衡关系的结果。因此，我们应该把力量和物质联系起来，我们应该把前者表达成后者的功能，这符合实验的教导。
但是，把这些关系尚未确定的量转换成方程式的时刻还没有到来。这种新机制不太可能比旧机制更好地解释宇宙的奥秘。
我们只感知到宇宙中的物质和运动，这一事实并不授权我们认为宇宙不是由其他任何东西组成的。我们只能说，由于我们感官和工具的不足，我们只能感知到以物质和运动形式呈现的东西。20年前，我们可能会严格地说，没有别的了。但是，对物质分离的研究所揭示的那些不可预见的现象，却证明了宇宙充满着迄今为止未曾预料到的强大力量，并表明存在着完全未被探索过的广阔疆域。长久以来为我们的不确定性提供庇护的科学所建造的大厦现在看起来就像一个脆弱的庇护所，整个基础必须重新建立。
