用同样的方式,我们可以探讨味觉、嗅觉、触觉和知觉。嗅觉可以检测不同的气体,味觉可以判断不同的液体。它们可以对无限可能的刺激产生有限几种的感觉反应,这是与视觉相同的地方。就味觉来说,它的感觉主要有苦、甜、酸、咸和其一定的混合。就嗅觉来说,我个人认为它的感觉种类要比味觉丰富得多,尤其是某些动物的嗅觉非常灵敏,那是人类远远比不上的。在动物界中,不同的动物对物理和化学刺激的不同客观特性的感受是不同的。例如,蜜蜂的视力非常好,它可以看到紫外光;三色视觉对于它们而言是真实存在的。光的偏振相对于蜜蜂来说,其他生物对此的敏感程度远不及它。这种对光的偏振的极端敏感,可以帮助蜜蜂判断太阳的方向,尽管它们用以判断的方式在人类看起来是多么不可思议。这一事实不久前刚被慕尼黑的冯·弗里希发现。它们的判断方式之所以会使人们惊讶,是因为即便是完全偏振的光,人类也没有办法将其与普通的非偏振的光区别开来。对高频振动(超声波)的敏感使得蝙蝠可以自己发出超声波,像“雷达”那样帮助自己探测障碍物以避免撞在其上,其中蝙蝠对超声波的敏感超出了人类听觉范围的上限。而我们人类如果没有留意碰到一个非常冷的物体,会在瞬间觉得它很热,甚至手指上有烧灼的感觉。这是人类对冷热的感觉在一种极端的条件下表现出来的奇怪特征。
美国的化学家大约在二三十年前发现了一种奇怪的化合物。我虽然不记得它的化学名称,但是清楚地知道它是一种白色粉末。有些人觉得它很苦,而另一些人则觉得它无味。人们对这个现象展现出了极大的兴趣,纷纷对它进行了广泛深入的研究。人们经过研究发现,品尝这种特殊物质的人的味觉有某种特性,由于这种特性是与生俱来的,因此与其他的条件没有任何关系。更有意思的是,与血型特征的遗传相似,这种特性的遗传遵循了孟德尔法则。正如血型遗传一样,“试味员”或是“非试味员”的身上没有明显的优势或劣势。不过,在试味员身上的杂合子中发现,有两个“等位基因”的显性基因。我个人认为,偶然发现的这种物质是不可能独一无二的,但是这种“味道不同”的感觉现象却是非常普遍存在的现象。
现在,我们可以对光的产生及其物理学家是怎样发现它的客观特性来作一番总结性的探讨。迄今为止人们达成的共识是,原子核周围“做某种工作”的电子产生了光。电子既不是红色的,也不是蓝色的,更不是其他颜色;质子和氢原子的原子核,也是这样的情况。但是,按照物理学的观点,只要氢原子中的质子和电子结合,就会产生电磁辐射,这是一种分立的不同波长的辐射。电磁辐射在棱镜或光栅的分离下,观察者借助于某些生理过程,就会在其单色的成分中产生红、绿、蓝、紫的感觉。就我们对生理过程的了解,我们可以肯定地说,神经细胞不会经受刺激后而显示颜色。此外,神经细胞能不能够表现出灰色和白色,以及它的变化与外在的刺激是不是有直接关系,与个体伴随刺激产生的色彩感觉相比较的话,显得微不足道。
通过对发光氢蒸气光谱中某些位置上谱线的观察,我们可以对氢原子辐射及对这种辐射的客观物理性质有所了解。尽管我们通过这种方式获得了第一手知识,但是它却不是完整的知识。我们只有完全消除人们的主观感觉,才能获取关于辐射的完整知识;这一点在这个典型的例子中是值得我们继续研究的。关于波长的任何特性,颜色本身并不能提供给我们答案,这一点我们早就明白了。例如,假如没有分光镜的话,在物理学家看来可能不是“单色”的光谱线,可能在我们的感觉上看来却是黄颜色的光。实际上它是由许多不同的波长的光组成,只有依靠分光镜,特定波长的光才会在光谱特定的位置上会聚。可能光源不一定来自同一个方向或地方,但是无论它来自何处,在分光镜的同一位置上却显示着同一种颜色的光。但是即便这样,我们仍然无法从色彩的感觉中获取任何有价值的线索,于是我们对光的物理性质、波长以及其他特性至今没有一个定论。物理学家从来没有对人类的仅有的色彩区分能力感到满意。实际上,我们可以用波长来对颜色作出适当的规定,长波引起蓝色的感觉,短波引起红色的感觉等等,而所有这些感觉都是先验的。这种规定恰好与前面的说法相反。
想要充分了解来自任意光源的光的物理性质,利用一种特殊的分光镜——衍射光栅将光分解,这是我们必须采用的办法。有的人建议采用棱镜,这种做法是不行的。因为不同材料的棱镜有不同的折射度,所以我们无法预知不同波长的光被它折射到什么角度。更重要的一点是,由于波长越短,折射越强,所以通过棱镜你根本没有办法判断。
与棱镜相比,衍射光栅的原理是比较简单的。光是一种波动现象,这是我们假设的光的基本物理性质。在这个基础上,如果你可以测量出每英寸光栅中所包含的等间距沟槽的数量,那么你就可判断特定波长光的衍射的准确角度。所以反过来看的话,通过衍射角度和“光栅常数”就可推断出波长。在某些情况下,比如在塞曼和斯塔克效应中很明显,一些光谱线产生了偏振。对于这样的偏振,人的眼肉根本无法察觉。如果想要对它进行一番描述,可以在光通过的路径上放一个偏振仪——尼科尔棱镜,当然前提是必须在分解光束之前。沿着轴慢慢转动棱镜,当它转动到一个方向的时候,有一些谱线消失了,或者亮度减弱到最低;这就是完全或者部分的偏振方向。
假如这种技术可以完善的话,那么它的应用将会超过可见光的范围。闪烁蒸气的谱线远远超越了可见的区域,因此用肉眼是无法分辨出来的。就是这些谱线,它们汇集起来后就形成了无限的序列;并且每个序列的波长遵循着一个相对简单的数学规则。不管它们是否在可见光波的范围之内,这个数学规则对它们而言都是成立的。虽然这个规则是在实验室中首先发现的,但是它的相关理论已经在实验室之外,为大部分人所掌握。我们可以在可见光区域之外,设置一块显影板,它的作用就相当于人的眼睛。通过测量,波长的长度就可以得到了。第一步,我们要测量相邻沟槽之间的距离,也就是测量光栅常数;第二步,测量显影板上谱线的位置。这些步骤完成之后,我们就可以通过这些测量结果,再结合装置的已知体积,计算出折射的角度。
虽然以上方法是每一个人都知道的,但是它们几乎对所有的物理测量具有重要的意义,因此我想强调以下几点。
“随着测量技术的不断完善,日益精密的仪器将会逐渐替代观测者”,对于我在这里描述的情况,人们通常会得出这样的结论。然而,事实上并不是这样,观测者不是慢慢地被替代,而是自始至终都是被取代的。观察者对色彩的感觉,并不能为判断光的物理性质提供任何线索,这是前面我已经解释过的。在光栅和测量长度角度的装置问世之前,对于光的物理性质和成分,我们哪怕是最粗浅的了解也是不可能的。在我们获取关于光的特征的认知道路上,使用测量仪器显然是十分关键的一步。尽管我们会不断完善这种装置,但是这对于认识论来说并不是重要的事情。因为对于认识论来说,装置的改善与它的作用在本质上是相同的。
其次,观察者永远不可能被仪器完全替代;如果真的可以的话,那么观察者必将无法获得任何有关的知识。无论是在制作仪器的过程中,还是在完成制作之后,观察者都必须全心全意地投入到制作仪器中,仔细测量仪器的大小,并且认真检测仪器中可以自由移动的部分来达到我们的设计要求。一些测量和检测工作,对于物理学家来说,他们只能依赖生产和出售仪器的工厂,这一点确实如此。不过有一点不容忽视,尽管许多精巧设备装置的运用使得这项工作不再复杂、麻烦,但最终的所有信息还是要集中反馈给某个人或某些人的感官。
最后,不管是对角度还是距离的测量,不管是直接在显微镜下还是在显影板上测量,只要是在使用仪器进行研究,那么这些数据必须由观察者来读出。数据读取工作由于运用了某些新的装置或设备变得更加便利,例如,为了有效直接地显示出谱线位置的放大图像,我们可以使用透明片的光度记录仪。但是不管怎样,这些获取的数据最终需要人来读出,因此观察者的感官介入是必然的。如果没有人的观察测量,纵使有最精确的记录,我们也无法得出任何信息和结论,原先存在的问题自然就无法得到说明或解决了。
这样,我们又遇到了前面提到的相同境遇。我们已经知道了,任何光的物理性质企图通过人的直接感觉,这种可能性是不存在的。作为信息的唯一来源,感觉在一开始就被抛弃了。因此,我们得到的理论图景完全是依赖于各种复杂的信息,不过这些信息却是由我们的直接感知获取的。我们的感觉虽然不能说包含了这些信息,但是确实是建立在这些信息的基础之上的,是由这些信息合成的。然而,我们在使用以上图景时,只是一般地知道光波的概念建立在实验的基础上,并不是我们突发奇想所得,但是我们却往往忽视了感觉。
早在公元前5世纪德谟克里特就已经知道了这种奇怪的现象,对此我非常惊讶。虽然他未曾知道或者试图研究制作与上述物理测量仪器类似的装置或设备,但是我的这种惊讶之情丝毫不减。
盖仑曾经保存了一个德谟克里特的一个论断,这个论断中包含了对于智慧与感觉来说什么是“真实”的辩论。智慧说:“表面上有甜味,表面上有苦味,表面上有色彩,但实际上只有原子和虚空。”感觉不同意智慧的观点,说:“智慧啊,你真可怜!你这不是在利用我们的论据来反驳我们吗?其实,你的胜利就是你的失败!”
在这一章中,我们不妨可以用一些基础的科学、物理学中的简单的例子,来说明两个基本的普通事实:(a)感觉是所有的科学知识的基础;(b)然而,这样的科学知识中并没有关于感知的成分,因此,它不能解释感觉。最后,我作一个简短的总结。
我们的实验和观察得益于科学理论的发展。在一些初步的理论确证以前,对于个体来说,记忆很多相关的理论事实是很困难的,这是每一位科学家都清楚明白的一点。然而,有一些现象很让人诧异,一个逻辑缜密的理论的创始者,在这种理论确立之后,总是倾向于在相关的论文或着作中省略他们发现的基本事实,更有甚者不愿意向读者透露,而只是隐藏在晦涩的理论术语中。当然,我不是对这些作者怀有偏见而在这里指责他们。尽管这种方式有它自身的好处,可以帮助读者有规律地记忆事实,但是它却忽视了通过观察获得理论与实际观察获得理论之间的区别。由于观察一定包含了感觉的成分,于是理论通常被人们误解为可以有效地解释感知,但实际上它根本没有办法做到这一点。