然而，反对相对论和原子论，似乎成了马赫科学生涯中的两个污点。关于前者，沃尔特斯在他的近著 中一反传统的成见，认为马赫1913年7月所写的《物理光学原理》序言是他的大儿子伪造的。这是否成定论，还有待日后见分晓。至于马赫对原子论的态度，正是本文将要论述的课题。
一、马赫对原子论态度的变化
马赫在其科学生涯中对原子论的态度前后有所变化，大体可以划分为三个时期。 1．赞同和怀疑时期。从1860年作为维也纳大学的无公薪讲师，直到1863年，马赫对自然现象采取彻底的机械论解释，并且毫无保留地接受了原子论，承认气体动力学理论，至少是把原子论当作有用的工作模型或工作假设。在这个时期，马赫仿效在物理学家中流行的观点，对物理现象作了富于哲学性的原子论的描述。他早期关于原子论的观点包括在关于多普勒效应、毛细现象、气体光谱、共振以及声音在耳中传播的研究中。
在1861~1862年的冬季学期，马赫在维也纳大学举行了“医用物理学”讲座，这些讲稿在1863年以《医用物理学纲要》为题出版了。他在书中使用原子理论解释物质的物理性质和化学性质。他把原子分为两类：与相隔距离的平方成反比的力相互吸引的物质原子，比距离平方增加还要急剧减少的相互排斥的以太原子。他觉得物质的原子理论比动力理论和连续理论更能可信地解释各种物理现象，热和光现象也受到原子假设的支持。他认为，以原子论为基础的波动论对物理学而言是有生命力的，因而原子论也是有生命的。
在1862年的一个短评中，马赫探讨了化学物质明线光谱纯粹力学解释的可能性，希望能够利用这一研究明确解释原子理论的许多观点；在1863年发表的论述听觉器官的文章中，他借助于可想象的任意维度探讨了原子和分子的性质。
也就在马赫赞成并使用原子论的时候，他已对该理论持有某种程度的疑惑。在前述的《医用物理学纲要》中，马赫还是直率地讨论了原子论的不足之处。他评论说，无论将来可能提出什么样的关于物质的形而上学概念，按原子论所得的结果总有可能转变为另一种概念，正如极坐标公式可以在直角坐标中表达出来一样。他指出，作为物理学目标的最高原理还没有找到，我们此时只能满足于所谓的原子理论。他心里很清楚，原子论还没有受到判决实验的检验，所有物理现象是否能够还原为原子的平衡和运动，我们还只能猜测。他虽然借助能量守恒定律和热力学理论在电与原子概念联系起来方面取得了部分成功，但仍觉察到深深的暗影笼罩了电的本性问题。在同年发表的“论听觉器官理论”的文章中，年轻的马赫对把自然现象还原为原子或分子的力学运动的尝试表示怀疑。他开始批判性地审查机械论和原子论在科学理论结构中的作用，把依据二者所进行的解释抛在一边。
1863年夏季，马赫就心理物理学发展的系列讲演，标志着他对机械论和原子论已失去兴趣。他证明，精密科学的表达没有必要归结为任何一门特殊科学，我们不能简单地把每一种东西都扔进标有质量、时间和空间的三只桶中。基于原子论无法研究智力活动，原子论甚至不能作为临时假设来处理人的思维过程，他指出，大多数人习惯于使问题实体化，但是这种观点具有内在的困难。他反问道：“我们如何设想原子呢？有色的，灼热的，发声的，坚硬的?”
1864年，当马赫到格拉茨大学接受了数学正教授职位后，他对原子论的观点发生了重大的修正。这年，他就炽热气体的光谱发表了第二篇短论。他说：“……我决没有认为原子理论是本质上已经成立的东西；而宁可把它看作是有用的、暂时性的经验处方，看作是接近真理的一种有规则的虚构。” 他在同年的另一篇文章中对原子和力学解释表示失望。但是，在此后的将近10年内，马赫处理感觉心理学和生理学的实验显著增加了，对原子概念并没有表现出特别的关心，原子似乎在马赫的考虑中消失了。
2．批判时期。1872年，马赫出版了《功的守恒定律的历史和根源》，这本小册子标志着批判时期的开始。它囊括了马赫青年时期所思考的重要问题，也是他有生之年继续深入探讨的课题：科学理论的意义和作用，生理学和感觉心理学对一般自然科学认识论的重要性，思维经济原则，牛顿力学的不妥之处，原子论的毫无结果，对古典派的因果关系的尖锐批判，物理还原论，机械论，唯物论，以及一切形而上学臆测的形式。在这本著作中，马赫把他批判原子论的观点明显地与他的自然观、科学观和方法论联系起来，他通过对历史的考察，提出了明确抛弃力学自然观的结论，他坚决反对亥姆霍兹和克劳修斯用原子，分子论解释热理论的观点。
对原子论的尖锐批判也出现在他80年代和90年代的主要专题著作中。例如，在《力学力评》 (1883年)的“科学的经济功能”一节中，马赫写道：“但是原子这一精神设计物并不是根据连续性原理形成的；恰恰相反，这是为着一定的目的而专门设计的产物。原子不能被感官感知；像一切物质一样，它们是思维的东西。而且，原子被赋予了与迄今在物体中观察到的属性绝对矛盾的性质。原子论尽管很适宜于摹写某些事实，但是熟悉牛顿定律的物理学家只能把它看成是暂时的帮助，还要努力以更自然的方式求得一种令人满意的理论来代替它。在《感觉的分析》(1886年)中，他断言原子论并不能适应统一科学的需要。他认为，“物理学和化学中那些人造的、假设的原子和分子”只是表示“感性要素相对稳定的复合体”的“一种不自觉地构成的、很自然的思想符号”。“这些理智方法的价值对于物理学和化学的特殊的、有限的目标所起的作用是无可非议的。它们永远是把物理学和化学的经验符号化的方法。”但是，它们并不能给予我们对经验更多的东西。
3．在他—生的最后20年，马赫曾做出某些尝试，试图使他的观点系统化，并使之与新证据相一致。1908年，让•佩兰以出色的实验证实了分子的实在性。此后，尤其是1910年后，马赫对原子理论的功效的估计发生了重大变化，他在新著作中再也没有出现过否定原子论的言论，并多次说过原子理论的经济性。其中有三件事颇值一提。
其一，据维也纳物理学家斯忒藩•迈耶尔(Stefan Meyer)报道，有一次他向马赫演示α粒子在荧光屏上产生的可见痕迹时，马赫喊道：“现在我相信原子的存在了，在短短的两三分钟内，我的整个世界观改变了。”这插曲有人说发生在1903年，但很可能发生在1910年(是年维也纳镭研究所建立)。这是否能说明马赫承认原子的实在性，还是有疑问的，因为对马赫这样的人来说，接受一个理论决不意味着接受相应的本体论。
其二，1910年9月爱因斯坦到维也纳访问马赫，他向马赫提了这样一个问题：如果证明了由假定原子的存在就有可能预测气体的一种性质——这种性质不用原子假设就不能预测，而且这是一种可以观察到的性质——那么该采取怎样的立场呢?当时，马赫是这样回答的：如果原子假设有可能使某些可观察到的性质在逻辑上联系起来，而要是没有这种假设就永远无法联系，那么就不得不接受原子假设。在这样的情况下，假定原子可能存在，那该是经济的，因为人们能够由此推导出观察之间的关系。
其三，马赫1914年6月在写给奥地利的化学家的信中指出，他已重新评价自己在《功的守恒定律的历史和根源》中关于科学史和科学哲学的早期研究。他把这本书说成“与事实不符，过时的和怪癖的”。沃尔特斯认为，从信的上下文推断，马赫在这里意指在原子理论方面的进展。这些事例虽不能充分说明马赫明确承认了原子存在，但起码可以说明他的态度有所转变，说明他晚年还保持着内心的自由。
二、马赫不赞成原子论的理由
关于马赫不赞成原子论的理由，有人从哲学(感觉论)上找原因，有人从科学上找原因，有人认为二者兼而有之。L．劳登认为，这种寻找理由的途径虽然也有一定的道理，但并不是令人满意的。
从马赫感觉论的认识论找原因的人认为，马赫断言世界仅仅是由感觉(或要素)构成的，任何超越于感觉的实在都是不合理的，我们就外部客体所能说的一切只是我们实际或可能的感知的速记方式。因为原子和分子原则上超越于我们感官所能达到的范围，它们根本是不可感知的，所以原子和分子论是没有意义的。
劳登指出，—上述看法从年代上是讲不通的，因为在马赫成为虔诚的感觉论者之前很久，他就对原子论的存活力和有效性发生了严重的怀疑。几乎在他《感觉的分析》之前1／4世纪，以及现象论的认识论之前10年，马赫就对原子、分子论持有重要的保留意见。作为马赫反对原子论基础的感觉论缺乏任何实质性的证据。否则，便要宣称马赫早在发表任何认识论问题或一般哲学问题之前很久就采纳感觉论了。其次，马赫对原子和原子论的大量保留与原子不能还原为感觉毫无关系。他的论据来自各个方面，而不在于他的哲学体系。最后，这种解释无法指出，冒犯马赫哲学的敏感性的问题特别是原子论。因为马赫本人曾坚定地指出，每一种科学理论都假定超越于我们感觉经验的客体，都要把精神的概念添加到我们的感觉经验上。可是，马赫并未因此而反对化学元素理论、静力学和天体力学等理论。他既不一般地反对理论化，也没有反对他所处时代的大多数科学理论。
E．希伯特提出，马赫抛弃原子论有两个直接的科学理由（[2]）。一是马赫发现某些经验现象(尤其是元素光谱)似乎不能用原子论来解释；二是在1865年后，马赫大部分科学工作与宏观水平的问题有关，而原子，分子则涉及到微观问题。希伯特宣称，假如马赫致力于物理学的其他领域，他会十分乐于容忍原子论。劳登认为，这并未言中马赫反对原子论的基本理由。假使希伯特的说法是对的，那么马赫对原子论的态度就应该与他的科学研究内容一致。这就很难解释，马赫为何在他早期工作中利用原子论时就对原子论发生了怀疑。说马赫反对原子论是基于实验上的反对，那么奇怪的是，在马赫论及原子论的大多数场合，都没有详述支持原子论的实验是软弱无力的，他也没有列出与他所处时代的微观物理学冲突的经验异常的详细清单，而19世纪后期大多数反原子论者都是这样做的。这是因为，马赫并不关心仅仅证明原子论是假的，他更想证明原子论作为一种理论化是不恰当的和危险的。
据此，劳登得出结论说，马赫反对原子论既不是由于抽象的认识论，也不是由于具体的物理学，其根源在于马赫关于科学探索的目的和方法的观点，这提供了马赫对原子、分子假设提出大多数批评的框架。他逐一分析了马赫反对原子论的四个主要理由，目的-理论的反对理由，解释的反对理由，纲领的反对理由，推论的反对理由。
劳登的分析能给人以有益的启示。我觉得，探讨马赫不赞成原子论的原因，必须在抽象的哲学和具体的科学之间的中介层次去寻找，即在马赫的自然观、科学观和方法论中去寻拔。这是因为，19世纪的原子论既不是抽象的哲学理论，也不完全是纯粹的物理学和化学理论，它是一种带有强烈哲学色彩的科学理论。因而，在哲学与科学的结合部探讨马赫不赞成原子论的原因是恰当的。另外，这样作对解释马赫在科学生涯中对原子论态度的变化也是自然的。假如马赫从感觉论出发反对原子论，那么他晚年的态度就不会有微妙的变化，因为人们至今也不能直接感觉到原子，假如马赫以科学的理由反对原子论，那么在佩兰实验之后，他就应该像奥斯特瓦尔德和彭加勒等人那样，痛快地承认原子的存在，而他并没有这样做。以此看来，从马赫的自然观、科学观和方法论入手，也许可以找到马赫不赞成原子论的思想真谛。
1．对于马赫来说，抛弃力学自然观是与怀疑批评原子论同步进行的，因为原子论本来就是力学自然观在物质结构方面的具体体现，是力学解释的基础之一。早在马赫在维也纳大学作无公薪讲师时，他就对把力学作为整个物理学基础以及一切物理现象都要用力学来解释的力学自然观发生了疑问。他指出力学没有明确在什么是先验的、什么是经验的、什么是假设的之间作出区分，并批评了牛顿的质量定义(物质的量)。在《功的守恒定律的历史和根源》中，他通过历史的考察，明确提出要否定力学自然观，因为这种自然观是误想的后果。《力学史评》是马赫系统批判牛顿力学体系的著作。他在书中强调，力学原理尽管在一些领域是有效的，但决不能把它们推广到经验界限之外。“把力学作为物理学其余分支的基础以及用力学观念来解释所有现象的观点”(力学自然观)是一种“偏见”和“神话”。马赫由对原子论的赞成到否认，是与他的自然观的转变密切相关的。
