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这样一来，这位机械主义的生理学家就变成了心理学中的哲学家，而且很值得人们这么去看他。
亥姆霍兹的彩色视觉研究，只是他在许多年里对视觉感知全面探索的一个部分。他的研究成果，即《生理光学手册）（1856－1867），厚达50万字，除了他自己进行的研究之外，还包括前人在这方面进行的所有研究成果。在好几代人当中，这本著作一直是对人眼光学和神经性质研究的权威著作。他还就听力写过一部类似的著作，只是没有这一本厚而已。
在《生理光学手册》中，亥姆霍兹主要处理了视觉的物理学和生理学，还有就生理学过程进行的敏锐观察，思维是借助这些生理学过程解释来自视觉神经的信息的。他在感觉（任何颜色的光对视网膜的刺激，和因之而来的视觉神经脉冲）和感知（意识根据接收到的脉冲形成的有意义的解释）之间做了非常有价值的区分，而以前的心理学家们一直搞不懂这个问题。在其它感觉系统的输入中，他也做了同样的区分。
这种区分对亥姆霍兹的认识论至关重要。他同意康德的观点，认为感觉是由意识来解释并赋予意义的，可是，他不同意康德认为意识无生就具有能提供这些意义的“范畴”和“直觉”的观点。反过来，他说，意识学会了通过试误法来解释感觉——就是学习对一个视感觉来说，哪些反应会产生一个预期的结果，而哪些不产生预期的结果。
空间感就是一个切合的例子。康德说，意识天生就能直觉到空间关系；亥姆霍兹却说，我们是通过无意识的参考来认知空间的。在孩童时期，我们一点点地得知，如大小、方向和色彩的强度等的视觉线索与物体的远近，或者在我们的这面或者那面，上面或者下面有关系；通过经验，我们慢慢对空间关系形成了正确的判断。（每个观察过3个月的婴儿试着抓一个物体的父母都很清楚这个过程。）
英国实证主义联想主义者们曾说过很相似的话，可是，他们缺乏实际的证据来证明自己的观点，而作为彻底的实验科学家的亥姆霍兹却通过研究发现来支持自己的观点。
他突然想到，如果他可以颠倒到达受试者大脑的空间感－而且如果他的理论是正确的——则受试者应该能够适应这种倒错的视觉，并学会正确地解释它。这样，他就做了一副带棱镜的眼镜，使物体出现在实际位置的右边。当戴着这样的眼镜的受试者试图碰触面前的物体时，他们就会错过去——他们把手伸向明显的，而不是实际的位置。
接下来，他让这些受试者戴着眼镜继续抓物体，然后碰触物体；他们开始得有意识地向从眼镜里面看到的物体的左边伸手，可是，几分钟后，他们很快就毫不犹豫地按照物体实际的位置去抓物体了。他们已经经历了感知适应，他们的意识已经重新解释了从视觉神经传递过来的信息，而且能够根据现实的相对关系看见物体了。
最后，当他们摘下眼镜再抓物体时，他们又错过了物体，这次是抓到实际物体的左边去了。他们正常的空间方向感需要一段时间复原。
亥姆霍兹不同意康德有关天生能力，即能解释因果关系的能力的观点。对于其余部分，他坚持说，几乎所有的知识和思想都是意识对感觉经验解释的结果，而这些解释，特别是与空间感有关的感知，在很大程度上都是无意识参考的结果。
这个观点受到当时心理学家们的激烈反对，因为他们认为，意识天生就能解释其感知。他们用天生论观点解释的一个关键的功能，就是来自眼睛的两个图象合并起来形成了一单个三维图象。有些人说，视网膜上的每个点都接受同样多的信息，正如另一个视网膜上相应的点一样，而且，两根视觉神经因此就把图象合并起来形成了一个图象。一位反对亥姆霍兹观点的人说，每个视网膜都有天生的“符号”，可以区别高度、左右方向，以及深度，因而使神经系统可以在到达大脑前将图象合并起来。
亥姆霍兹驳斥了这种看法。他写道，先天论是“一种非必然的推想”；它依赖无法证明的假设，而且对实验理论可证实的事实没有作出任何贡献。他用来证实经验就是一些使我们能够把成对的图象作为一个单一的图象来感知的东西的最强有力的证据就是立体镜。这个仪器是1833年由查尔斯·惠斯通发明的，通过这个仪器，观察的人看到的不是两个同等的图象，而是两个从稍有不同的角度取来的稍为不同的图象。这些图象投射在视网膜上，因此并不能够形成点对点的偶合，可是如果一个新来的观察者在立体镜里面看一阵子后，他或者她突然看到一个图象——三维的图象。两种并非等同的图象的合并得出了一个与任何一个图象都不同的图象，这是发生在大脑里的经验导致的结果。
最后，亥姆霍兹并没有完全击败反对者，先天论以一种或另一种掩护存活下来，包括格式塔心理学和更近时期的基因心理学和对气质的分析。可是，自亥姆霍兹时代以后的心理学主流大部分都是实证主义和实验性的。他本人认为自己不是一位心理学家，可是，他将会吃惊地发现，他对心理学产生的深远影响超过了他对物理学和生理学的贡献。
心理物理学：费希纳
正当通情达理、正常而年轻的亥姆霍兹开始积累大量证据，证明他自己对神经及心理现象的机械主义观点时，莱比锡大学一位富于幻想和神经质的中年教授也在努力工作，他要证明，宇宙内所有的人、动物和植物都是由物质和灵魂构成的。居士塔夫·西奥多·费希纳（1801－1887）没有达到这个目的，不过，在收集数据来显示刺激（物质世界）和所得的感觉（意识或者灵魂的世界）之间的数学关系时——他认为这种关系可以证明他的泛心灵哲学——他却发展出了一套研究方法，自他以后的实验心理学家都使用这个方法来发展他所要证明无效的物质主义心理学。
费希纳出生于德国东南部的一个村庄里，他父亲是村里的牧师。这位父亲把宗教信仰与坚定不移的科学观结合了起来，正如他的儿子一样。他用上帝的语言布道，却使村里人大惑不解，因为他在教堂的尖顶上安装了一根避雷针，在当时的情况下，这份小心谨慎是对上帝信心不足的表现。上帝难道说连他自己也保护不了吗？
费希纳在莱比锡大学学习了医学，可是，1822年，拿到学位后，他的兴趣转到了物理学和数学上。有好几年他通过把一系列用法语写的物理学及化学手册翻译成德文来养活自己。几年之内，费希纳共翻译了九千多页，之后，从1824年起，他开始在大学讲授物理学，在电流上进行了一个很大的研究项目，并写作了无数的专业文章。这种忙碌的节奏使他在物理学上获得了巨大的声誉，可也付出了很大的代价：他开始出现头疼病，并一阵阵子失去了对思想的控制，这使他经常心醉神迷地忙于一大堆琐屑之事。
尽管他只有30出头而且是飞黄腾达之时——他于1833年结婚并于1834年获得全职教授职位——可是，他的身体状况却持续恶化。“我无法入睡，身心疲劳，不能思想，甚至引起我失去了对人生的信心”，他后来评述这一时期的生活。他去温泉浴场寻求治疗，可没有效果。然后，他想通过研究余象而转移自己的注意力——这是他第一次进入心理学研究——中途，他戴着太阳镜长时间观测太阳。他对余象的研究得到认可——亥姆霍兹，如我们所知的，使用到了他的一些数据——可是，作为观察的结果，费希纳患上了严重的恐光症，情感全线崩溃。
费希纳几乎就失明了，他在暗室里让自己避光，忍受着疼痛、情感压抑、无法排遣的无聊和严重的消化道毛病的折磨。（他从大学退休了，尽管只教了几年书，可还是得到了一笔养老金。）在他3年病痛生活的最低点，他把自己的房子漆成黑色，白天黑夜呆在里面，什么人也不见。各种泄药、冲浪治疗、催眠术、两种休克治疗都起不了什么作用。他还是反复不断地为琐事所烦扰；另外，他还受到两种感觉的折磨，一方面因为他感觉到自己很接近发现这个世界的秘密而喜悦，另一方面又因为得用科学方法来证明这些秘密的正确性而担心。
最终，他自己慢慢好起来了，过了一阵子后，他就可看见东西而且眼睛不疼，而且还能与人讲话。他在好几个月的时间里第一次到花园去散步时，花儿看上去更明亮，色彩更鲜艳，比以前更美丽，他感觉到自己对这些东西施予了内在的光，他立即就抓住了这一点的意义：
我毫不怀疑我已经发现了花朵的灵魂，并以我极奇怪的、受到魔力影响的情绪想到：这是躲藏在这个世界的隔板之后的花园。整个地球和它的球体本身只是这个花园周围的一道篱笆，是为了挡住仍然在外面等待着的人们。
费希纳不久写了一本书，讨论植物的精神生活，在余下的几年里，他寻找办法来宣传自己的泛灵论，即意识与物质在整个世界里是共同存在的。
正是这个神秘的信仰使费希纳进行他那具有历史意义的实验心理学的。1850年10月22日的早晨，他躺在床上考虑如何向机械论者证明，意识和肉体是一个基本统一体的两个方面，这时，一道灵光一闪：如果他可以显示在刺激的力量与他们产生的感觉强度之间存在数学关系，则他就显示了灵肉的统一。
或者在费希纳看来是这样的。这个推理的逻辑也许会逃过非神秘主义者。可是，他倒是提出了一个非常有效和重要的问题，即意识感知外部世界的准确性：刺激的强度与它产生的感觉之间是否存在前后一致的数学关系？从直觉上来说，可能是这样的：光线越亮，我们看上去就越觉得亮。可是，如果你让光的亮度翻一倍，感觉的强度是否也强一倍呢？或者某种别的、好像是真实的关系存在着呢？
费希纳接受过物理学和数学的训练，他感觉到，当刺激的强度增大时，它应该要求更大的差别（绝对值上的差别）来产生一定大小的感觉增大。从数学上来说，刺激在长度上的几何增大会导致感觉的算术增大。一项临时的示意：按照传递到耳朵上的能量，一阵雷声的响声比日常谈话的声音要响好多倍；按分贝——分贝是指人耳能够分辨的最小响度差别——来说，它只是响两倍而已。
为了通过实验确立他的直觉，费希纳得解决一个看上去无法解决的问题：他可以很容易地测量刺激强度，可是感觉是个主观的东西，而且无法测量。可是，他推想，尽管他不能直接地观察和测量感觉，但他可以通过灵敏度的指导而间接地做到。他可以确定在感觉者刚刚能够注意到的、任何水平上最小的刺激力量增大。因为“刚刚能够注意到”在任何水平上都意味着同一个东西，这将是一个感觉的测量单位，借此可以与产生这种意识所必需的刺激的增加进行比较。
费希纳后来说，他不是从韦柏那里得到这个想法的，尽管韦柏是自己以前的老师，他在“刚好能够注意到的差别”上所做的工作几年以前就发表了。可是，他迅速意识到，他会使用到韦柏定律的推广形式。韦柏已经发现两项刚刚能够注意到的差别刺激之间的比率是一个常数，不管这种刺激的大小如何。费希纳却说，尽管两项刺激之间绝对的差别随着刺激的强度增大而增大，可感觉者对一种刚刚可以注意到的差别的感觉却仍然是一样的。
费希纳后来写道，想象一下，你用太阳镜看着天空，并在刚刚可以注意到的天空的背景上挑一片云来看。然后，你戴上一副黑得多的眼镜；云彩没有消失，但几乎只能够注意到：因为，尽管强度的绝对水平在透过黑镜片的过滤后会低得多，但云彩与天空之间的强度比却没有变。
为了表达刺激强度与感觉强度之间的关系，费希纳从数学上转变了韦柏定律，重新加以调整然后写出来：
S＝k log R，
这意思是说，在英语中，分段式的感觉强度增大是刺激强度翻倍的结果（乘以某个比率或者系数）。费希纳拼命要把这份荣誉还给他以前的老师，因此，他把这个公式称作韦柏定律——是他本人给韦柏的公式和他自己的公式命名的——可是，后来的心理学家按照这些公式各自的归属把修改后的公式叫作费希纳定律。
费希纳余下的9年花在辛苦的实验工作当中，收集着大量能够确证这个定律的数据。尽管他的性格当中有一些神秘主义者和诗人的气息，可在实验中，他是一位有强制力和严厉的研究者的榜样。他不知疲劳地让受试者们�