恩斯特·马赫的物理观念

基尔霍夫和赫兹等物理学家对机械哲学观的批评是概括性的，并没有对整个体系进行系统的批判。而另外一些批评家们的质疑则是建立在准确的自然观和科学观基础上的。被称为“社会学之父”的法国哲学家、实证主义创始人奥古斯特·孔德（1798—1857年9月5日）在其发展的社会学理论中指出，科学发展的“形而上学”（Metaphysical）阶段已经被“实证主义”（Positivistic）阶段所取代。抛开有机论或机械论这类观念，科学理论的唯一评判标准应当是它能否以简单的、无逻辑错误的形式来解释“真实”的经验。

奥地利物理学家、爱因斯坦思想的先驱恩斯特·马赫（1838—1916）对这一方法的发展推广做出了最深远的影响。马赫从历史和逻辑的角度全面透彻地分析了牛顿力学体系，说明其并没有包含直观自明的原理。牛顿所做的仅仅是将简单运动的观测总结为规律，而这些规律只能预测个别的运动。并且，只有在牛顿定律以之为基础的经验是正确的前提下，牛顿定律做出的预测才是正确的。

马赫强调，物理理论应遵循简单性和思维经济原则（Economy of thought），即用最少量的思维对经验事实做最完善的陈述。马赫将这一思想类比于生活中的“经济”这一概念，提出对自然科学理论的要求不应该是能够被统一到某种特定的框架下，而应该以“经济”为标准。

马赫不仅批判基于牛顿力学所建立的哲学体系，还评判了牛顿体系的中世纪思想残余。他指出牛顿理论中的“绝对空间”和“绝对时间”是不能被可观测的物理量或物理过程所定义的。为了摒弃在力学基本原则中出现的类似概念，马赫提出了科学的实证标准（Positivistic criterion of science），即只有从可观测现象中总结推断出来的规律才是可接受的。马赫对牛顿惯性定律的批评恰当地说明了这一评判标准。若要从实验上验证牛顿惯性定律，将绕不开诸如“一个物体是否能在绝对空间中保持其初速度方向不变”的问题。然而这种问题毫无意义，因为绝对空间是不可观测的。假如人们用傅科摆（Foucault's pendulum experiment）这样的实验来证明地球的自转，即使观测到摆锤所在的平面不改变，这种“不改变”也只是相对天空中静止的星星而言，而不是相对于绝对空间的。

根据马赫的思想，任何与绝对空间有关的叙述应当从惯性定律中剔除，那么牛顿惯性定律的合理表述为：任何物体都要相对于固定不变的星空（Fixed stars）保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。这却意味着固定不动的星星对所有运动的物体施加了一个可观测的影响，这一影响是附加的，并且独立于万有引力定律。诚然，对于广袤的星空而言，万有引力的影响是微弱的，因为引力与距离的平方成反比。但是，如果固定的星星被看作惯性系，那么牛顿惯性定律自身就将直接决定了所有天体的运动。