仅可注意到的差别：韦柏
19世纪3O年代，在莱比锡大学，一位长着胡须的年轻生理学教授正在进行一项与穆勒完全不同的研究。他的名字叫恩内斯特·海因里奇·韦柏。他不用手术刀，也不切开青蛙腿，更不用锯开兔子的头，反过来，他要用健康、完整无损的人类志愿者做实验——大学生、城里人、朋友——还使用一些平凡的工具做实验，如药房的小法码、灯、笔和粗毛衣针。
粗毛衣针？
让我们来看看韦柏平凡的一天吧。他用磁粉涂黑针尖，让针垂直下落在一位俯卧在桌上的年轻人没有穿衬衣的裸背上。针在年轻人的背上留下一个很小的黑点。现在，韦柏请他用一根用类似方法涂黑的针去指那个黑点。这年轻人照着做，碰到几英寸远的地方，韦柏就仔细测量两个点之间的距离，并在笔记本上记录下来。他在这年轻人的背、胸脯、臂和脸等不同地方一次又一次反复进行这个实验。
这样做了一年后，他打开一把圆规，并在一位蒙上眼睛的男人身体不同的地方把两支圆规脚撑开按下接触身体。当圆规的两支脚张得很开时，志愿者知道两个点都被接触到了，可是，当韦柏将圆规脚拉得近一些的时候，受试者就很难说出到底是一支脚还是两支脚都接触到了身体上，直到在一个临界点上，他感觉两支脚就是一支脚。这个临界的距离，韦柏发现，是根据身体的不同部位而有所变化的。在舌尖上，这个距离不到二十分之一英寸；在脸上，只有半英寸；而在脊梁上，距离为从0-2英寸半不等——其敏感度有50倍的差别，这说明每个部位神经末梢的相对数字有相当大的变化。
韦柏对感觉系统敏感度进行的全部实验相对都很简单，但在心理学史上却是很重要的。这个时候，大部分机械论者都只在进行反射和神经传递方面的工作，而韦柏却在观察整个感觉系统：不仅仅是器官及其相应的神经反应，而且还有意识对它们的解释。再说，他进行的实验是心理学当中最早的真正的实验；也就是说，他每次只改变一个变量——在这个两点临界值测试中，测试的是身体的面积——并且观察面积在第二个变量当中引发了多少变化——即两支圆规脚落点之间的关键距离。
为了认识韦柏在19世纪30年代进行的这项实验有何等重要，我们可以考虑这个时期。詹姆斯·密尔连办公桌都没有离开就在倡导过于简单的联想主义；乔安·弗里德里奇·赫巴特坐在哥丁根大学康德的教席上重复着康德的主张，即心理学不可能成为一门实验科学；乔安·克里斯托弗·斯波茨海姆在他声名最显赫的时候对一群热切的支持者说，颅相学家可以根据一个人头颅的形状判断他的性格。
韦柏（1795-1878）出生在萨克松尼省的维腾贝格，兄弟三人都成了杰出的科学家，并曾有一阵子一起工作过。威尔海姆是位物理学家，他帮助韦柏进行过接触研究；埃杜阿是位生理学家，他与韦柏一起发现了迷走神经令人困惑的作用，因为刺激迷走神经的时候，心脏节拍会慢下来。
跟其他许多生理机械论者一样，韦柏也接受过医学培训并在生理学和解剖学研究中找到自己的专业。在他事业的早期，韦柏醉心于确定在身体不同部位引发碰触感所需要的最低触知刺激，可很快就进而研究更复杂和更有趣的感觉灵敏度问题。许多年以前，瑞士数学家丹尼尔·伯努利曾有一项敏锐的心理学发现：一位贫穷的人得到一个法朗时，会比一位富人得到一个法郎时感觉更加走运些；从任何数量的金钱中产生的获得感取决于一个人的经济地位。这使韦柏形成了一个类似的推断：我们在两个刺激之间能够感觉到的最小的区别——比如，两只法码——并不是一个客观的、固定的量，而是主观的，且随物体的重量而变化。
为了检测该假想，韦相请志愿者先拿起一个法码，然后再拿起第二个，再说哪一个重些。他利用重量不同的一系列法码成功地确定了最小的差别——“仅可注意到的差别”（j．n．d．）——这是他的受试者可以感觉到的区别。如他正确地猜测到的一样，仅可以注意到的差别并不是一个具体不变的重量。第一个法码的重量越大，他的受试者能够感觉到它之前的差别越是大；第一个法码的重量越轻，他们的感觉敏感度也就越高。他后来报告说：“最小可感知差别就是两个以约39对40的关系摆在一起的重量，即是说，其中一个比另一个重四十分之一。”如果第一个重物重一盎司，则第二个重物的最小可感知差别为四十分之一盎司；如果是10盎司重，则第二个重量的最小可感知差别为四分之一盎司。
韦柏进而对其它感觉系统进行了类似的实验，以决定，除其它因素以外，两条线的长度，两个物体的温度，两个光源的亮度，两个音调的音高等之间的最小可感知差别。在每种情况下，韦柏都发现，最小可感知差别的大小随标准单位刺激（第二个与之进行比较的那一个）的程度变化而变化，而且，这两种刺激之间的比率是一个常数。有趣的是，最小可感知差别与标准之间的比率在不同的感觉系统中有很大的差别。视觉是最为敏感的一种，可以区别光线强度的六十分之一。在痛苦的程度上，最小可感知差别为三十分之一；在音高区分中为十分之一；在嗅觉中为四分之一；味觉为三分之一。韦柏以一个简单的公式总结了这个规律：
δ（R）／R＝k，
这个公式的意思是，在任何感觉系统中，最小可感知刺激（R）和标准刺激强度R之间的比率是一个常数K。这个公式被称作韦柏定律，是这方面最早的一个定律——生理与心理世界之间准确计量的相互关系。这是实验心理学家自此以后一直在寻找的那种概括的原型。
神经生理学：冯·亥姆霍兹
1845年、一批年轻的生理学家发起成立了一个小小的协会，即柏林自然学会，以宣传他们的观点，即所有的现象包括神经及精神过程，都可以用物理原理进行解释。这些年轻人早先都是穆勒的学生，其中一位，即杜布瓦·雷蒙德，早先就提出过前面提到过的机械论教条：“除了常见的物理-化学力之外，有机体内不存在别的任何力。”
杜布瓦·雷蒙德给这个学会带来了一位朋友，就是赫尔曼·亥姆霍兹（1821 -1894），他是驻扎在波茨坦的一个军团的外科大夫。这位害羞、不苟言笑的年轻人长着一个宽宽的前额和炯炯有神的大眼睛，不管论个性还是地位，他看上去都不太可能成为这个学会激进理论的旗手。可是，在几年之内，他偏偏就成了这么一个人。他在神经传递、色彩、视觉、听力和空间感上进行的研究，都清晰地显示出了支撑精神功能的神经学过程都是物质的，而且能够通过实验进行调查。
亥姆霍兹从不认为他本人是位心理学家，他主要的兴趣在于物理学。尽管他职业生涯最初的20年很大程度上都献给了生理学，但他在这个时期的目标，却是要用感觉器官和神经系统的物理学术语来解释感知；途中，他对实验心理学施加了巨大的影响。可笑的是，在他那个时代，亥姆霍兹最著名的科学成就，却是一件只花了他8天时间，且他自己也认为不值一提的东西——眼底镜的发明，有了这玩意儿后，医生们才第一次有了察看活体视网膜的机会。
尽管亥姆霍兹成了他那个时代名列前茅的科学家——他的成就使他赢得了贵族称号（因此就有了这个“冯”字）——可是，他却一点也不像他最崇拜的那位科学家，即争强好胜、阴沉和隐遁的伊萨卡·牛顿。他对同为科学家的同事们既客气，也慷慨，而且彬彬有礼，而在私人生活当中，他却是位极为正常的中产阶级教授先生，他的传记平淡如水。父亲是波茨坦一所专门学校的哲学和文学课老师，薪水很低，他从父亲那里继承了古典文学和哲学的深厚根基；经过医学培训后，在穆勒的指导下完成了博士论文，并作为一个军团的外科医生服役了5年；接到第一份学术职位后，他娶了妻，生了两个孩子；后成了鳏夫，再娶，又生三子。他的职业生涯由越来越好的大学到越来越好的职位，不断地研究和写作以及越来越高的地位和成果构成。他从未卷入名誉权纷争，且只有一项科学上的争议。根据记录，他惟一的爱好就是古典音乐和登山运动。
亥姆霍兹在部队服役时就开始了他的研究生涯。因为是在和平时期，他有许多的空休时间，因此，他在营房里搭起来一间实验室，并在这里进行青蛙解剖实验，目的是要支持一种机械主义的行为观点。他测量了青蛙产生的能量和热量，并想法以青蛙摄取的食物的氧化量来解释。今天，这听起来很是新鲜，可在1845年，许多生理学家都是“活力论者”，他们相信，生命的过程有一部分是由非物质和不可感知的“生命活力”所控制的，而生命活力就是某种后来被称作灵魂的翻版（说是在所有的生物中都存在的。）
亥姆霍兹坚决反对这种准神秘化的观点，他写了一篇论文，名叫“力的守恒”，以他的青蛙数据和他的物理知识为基础，并于1847年将它提交给了柏林物理学会。他的论点是，所有的机器都遵守能量守恒的法则，因此，永恒的运动是不可能的。然后，他说，在有机界事情也是这样的，生活活力因为没有能量来源，因此是违反这条法则，因而也是不存在的。简短地说，他把生理学建立在牛顿力学的立场上。这篇文章使他赢得了很高的声望，使普鲁士政府不再要求他服兵役，而让他在柏林艺术科学院当解剖学讲师，一年以后又指派他担任哥尼斯堡大学的生理学教授。
在余下的二十多年时间里，亥姆霍兹大部分时间都投入了对感觉和感知生理学的研究当中。（从那时起，他认为自己主要是柏林大学的一位物理学家。）
他的第一个历史性的研究成果是测量了神经脉冲在神经纤维上的传递速度。他的老师穆勒跟同时代的大部分生理学家一样采纳了伽伐尼的神经脉冲电本质说，认为神经系统有点像一卷连续的电线，电流以极高的速度在里面流动——根据一种猜测是几近光速。可是，亥姆霍兹的朋友杜布瓦·雷蒙德早已从化学上分析过神经纤维，并提出，这些脉冲不一定全是电流，而是电化学形式，若如此，其速度则相对较慢。
亥姆霍兹在他于哥尼格斯堡大学的实验室里着手测量青蛙运动神经的脉冲速度。因为在当时瞬时计还不太容易弄到——当时第一台瞬时计尚在开发过程中——他只好搞些发明创造，把一台检电计绑在青蛙腿上（运动神经搭在上面），这样，一根在旋转鼓上画直线的指针会显示电流通到神经上半端时到青蛙腿踢蹬一下之间的时间。了解了刺激与足肌之间的距离之后，亥姆霍兹就能够计算神经脉冲的速度；实验证明，这个速度相当慢，约为每秒90英尺。
他还测量了人类受试者神经脉冲的速度。他请志愿者在感到他从脚趾或者大腿上施放的一阵轻微电流时，立即举手示意。这些实验得出的数字从每秒165-330英尺不等，可是，亥姆霍兹认为这些数字没有从青蛙腿上得出的数字准确可靠。有关人体测试的某些东西倾向于有很大的可变性。
一开始，他发表于1850年的结果并不为人广泛接受，它们太难于相信了。生理学家们仍然相信，在神经系统里面流动的，要么是非物质的活力，要么是电流，而亥姆霍兹的数据却支持不同的理论，也就是说，神经脉冲由复杂的粒子运动构成。另外，他的发现与常识也相悖。我们好像感觉到手指或者脚趾一碰就有感觉的，我们只要想移动手指或脚趾，它们立即就动了起来。
可是，他的证据是无法反驳的，最初抵抗一阵子后，他的理论最终还是赢得了广泛的认同。如果他没有做别的任何事情，光是这一点就可以使他成为心理学史上永垂不朽的人，因为这个发现所铺平的道路，如艾德温·波林所言：“是实验心理学今后所有的工作都必须走的，如精神活动及反应时间的测时法……它使灵魂回到了时间里，它把无法说清的东西测量出来了，实际上捕捉住自然科学的劳作中最基本的意识代理人。”
话分两头，我们在此稍作迂回，超前看看18年后，在亥姆霍兹所研究的旁系里一个重要的研究：测量较高级思维过程速度的第一次尝试。
一位荷兰眼科医生名叫弗兰西斯科斯·孔奈尼亚斯·东德斯（1818-1889）受到亥姆霍兹研究的启发。他没有任何心理学背景，可是，他想，因为神经脉冲需要时间传递，较高级的精神活动也许也需要时间。他提出假设，刺激与有意识的反应之间发生的延迟，一部分是因为神经传递，另一部分也是因为思维过程所占的时间。
东德斯于1868年设计并进行了一次想象的实验，以检测他的假想，并测量工作中的精神活动。这让受试者对一句无意义的话作出反应，如ki，以越快越好的速度重复它。在旋转鼓上记录轨迹的指针会把反应放大成两个ki之间的震动，两个微动之间的距离会成为时间延迟的度量。
在最简单的情形下，受试者知道将会听到什么样的声音，也知道如何作出正确的回答。刺激与反应之间的延迟因此就是简单的反应时间。可是，如果受试者需要进行某种思考活动会怎样呢？如果实验者说出了好几个词中的任何一个，如ki，ko，ku，而受试者得尽快地模仿这些声音会怎样？如果这比简单反应花的时间长一些，东德斯想，这个差别就应该是两种精神活动的时间：区别（在听到的声音中）和选择（选择正确的反应）。
东德斯还想到了把这两种精神活动扯开并获取各自尺寸的一个办法。如果他告诉受试者说，他们可能听到ki，ko或者ku，可要模仿的却只是ki，而对其它的几个声音保持沉默。因为不需要重复ko或者ku，他们可能就得区分这些声音，而不选择反应。从区别加了选择的时间里减去区别的时间，东德斯就应该得到选择时间。
结果令人吃惊。平均而言，区别比简单反应时间多39毫秒，而区别加上选择时间比光是反应的时间多出75毫秒。因此，选择明显要花去36毫秒。
东德斯乐观地创造了一系列更为复杂的过程，他相信，每种精神活动所花的时间会增加其它活动已经花费的时间，而且，每种活动时间都可以通过减法测量出来。可是，结果却不太如愿。时间的差别证明不可靠，只有少数时间是可以增加的。后来的心理学家将会极大地改善东德斯的方法。
然而，他毫无疑问地显示出，涉及认知活动的反应所花费的时间的一部分是由这个活动占去的。更为重要的是，他把所花费的时间当作一种调查看不见的心理活动的方法，按照最近对他的工作所做的一项评估的说法，“随着把东德斯的发现当作一种明显地测量较高级的精神活动的方法，一个新的时代就已经开始了”。
我们再回到1852年的亥姆霍兹。确定了神经脉冲的传递速度，并发明了眼底镜之后，他开始对彩色视觉产生了兴趣。自从牛顿1672年发现太阳的白光是所有可视色彩光的混合后，生理学家和心理学家们都试着想看看眼睛和思维是如何感知色彩的。最让人困惑的是，当所有色彩的光混合在一起时，我们会看见白色，然而，当两种互补色，比如红色的某种色调与蓝绿色的光混合在一起时也是白色，同样，我们看见纯桔红光的时候会看见桔红，可是，当红色和黄色光混合在一起时也会变成桔红色。
作为物理学家，亥姆霍兹知道，三种特别的色彩——红色、蓝紫和绿色的某些特别色调——当按合适的比例混合在一起时，可以重新产生其它的任何色彩，这些都是原色（所谓颜料的原色，即是红、蓝和黄，更准确地说应该是洋红、蓝绿和黄色。色素吸收光线，也反射光线，把这些原色混合在一起的结果因此就与混合光线的结果不一样）。他推想，这意味着人类视力可能检测这三种色彩，并提出假想说，视网膜一定有三种不同的接受细胞，每种细胞都配有一种对某种原色很敏感的化学物质。他依靠穆勒特别神经能量的理论推想，从每个接受器伸向大脑的神经不仅传递视觉信息，而且还传递特别色彩信息。
一位英国科学家托马斯·扬曾于1802年想到过类似的理论，但他没有实验证据，因此被一般人所忽略了。可是，亥姆霍兹却收集了大量证据，包括，当不同色彩的光线混合在一起时我们所体会到的色彩，我们盯着某种强烈的色彩看一阵子后，我们看到的互补色的残余以及存在于一些人畜中的色盲现象和某种大脑损伤对色彩视觉产生的影响等等。他很慷慨地承认说扬的发现在先，而他对色彩视觉的说法自此以后就被称作扬-亥姆霍兹理论（或者叫三色理论）。
三色理论是一项了不起的成就，它是一种可检测的、有关意识如何感知色彩的机械论解释。根据一个个的连接，从外部世界到大脑的接受区，亥姆霍兹筑起了一根因果现象之链，替代了哲学家和生理学家们的一些猜测和幻想。它的形式虽然更为复杂，但至今仍然是色彩视觉理论当中最具有支配地位的理论，并且打翻了每种接受器中的神经携带着不同种类的能量的观点。
至于由德谟克利特、贝克莱、休谟及其他人就感知而提出来的一个深刻而令人困惑的问题——我们看见的东西是否就是外部世界真正的样子——亥姆霍兹比穆勒却更具机械论倾向，他认为这个问题没有意义或者价值而不予考虑：
在我看来，除了实际的真理之外，谈论我们的思想是不是有别种可能的正确性是不可能产生任何意义的。我们对事物的想法除了是一些符号，一些自然的事物信号之外不可能是别的任何东西，我们学会如何使用这些符号，以便于调整自己的运动，改善自己的行为。知道如何正确地阅读这些符号以后，我们就可以借助这些帮助而调节自己的行动，这样就可以带来所需要的结果，也就是，这样一来，所预期的新的感知就会来临……因此，询问朱红（硫化汞）如我们所看到的样子，是不是真正的红，或者只是我们的感官错觉，这是没有任何意义的。红的感觉就是正常的眼对自朱红上反射出来的光的正常反应……说从朱红上反射出来的光波具有某种长度却是不同的一个说法，如果不考虑到人类眼睛的特别本质，这个说法也是完全正确的。
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举起重物，注视光源，听各种杂音和音调，观察彩色样本等等，并宣布它们是不同的或是同样的。在这些年里，他对每种刺激的强度进行了范围广泛的实验，使用到了测量这些判断的三种方法。仅在这些方法中的一种里面，他便列出了24576种判断的表格和计算结果。他认为，第一次系统地探索物理和心理学王国之间的数量关系，这是一种新的科学专业，因此命名为“心理物理学”。
在他使用过的三种实验测量方法当中，他从前人那里借来了两种并使之完善，然后自己发明了第三种。直到当时为止，没有人曾使用过这种极仔细、可能准确控制和数量测量方法来探索心理学的反应。他的方法很快就被广泛接受，而且在今天心理学的每一个实验室里还在经常使用着。
一种是极限的方法，费希纳本人管它叫“仅仅可以注意到的差别法”。为了确定一个刺激的临界值，实验者一次提供一个刺激，从最低的量开始逐渐加大强度，直到受试者可以感受到刺激为止为了确定仅仅可以注意到的差别，实验者提供一个“标准的”刺缴和一个“比较用的”刺激，以小幅度增大两种之间的差别，直到受试者说可以感觉到为止。
第二个方法是常量刺激法，费希纳本人叫它“正确和错误情况法”。实验者一次又一次提供等量的刺激——在临界值上的单个刺激或者成对相似的刺激。受试者回答说“有了”（意思是说，他感受到了它，或者两者有了不同），或者说“没有”（表示他没有感觉到，或者两个刺缴没有什么不同。）受试者的回答得出平均值，而这些平均值会指明，在任何指定的刺激水平，或者两个刺激之间的差别上，受试者有没有可能会感觉到这些刺激，或者两个刺激之间的差别。
第三个方法，即费希纳本人的创造性的贡献，叫作调节法，他把它叫做“平均错误法”。实验者或者受试者调节比较刺激，直到它好像（对受试者来说）与标准刺激相等。这边或者那边总是会有一些错误存在的，不管多么微小。每一次错误都记录下来，许多次试验过后，把平均错误加起来，它也是仅仅可以注意到的差别的尺度。这个方法确立了了这个有用的原则，即测量数据可变性可以跟测量集中趋势一样得出信息来。
1860年、费希纳出版了两卷本的《心理物理学纲要》，把他的研究成果公诸于世。他已经59岁了，在这个年纪，科学家一般很少会拿出有创见的东西来的；可是，《心理物理学纲要》的确是富于创见的，并立即产生了很大的影响。兴趣是浓厚而且广泛的——不是对他信奉的泛灵论，而是对它的实验和计量方法学。如波林论及费希纳的成败时曾说过的，“他攻击物质主义的铜墙铁壁，但又因测量了感觉而受到赞美”。确切地说，有些心理学家认为，心理物理学的方法学是一个可怕的话题。许多年以后，伟大的威廉·詹姆斯写道：
如果像他这样一位可敬的老人会用他的怪想使这门科学永久地背上负担，而且，在一个充满各种容易产生成果的。引人注目的事物的世界里，如果迫使未来的学者们在这些繁杂的田地里耕耘，不仅要去研究他的作品，而且得研究那些反对他的更枯燥的作品，那可真是一件要命的事。
可是，很多人并不持这样的看法。尽管对费希纳说仅仅可以注意到的差别都是相等的这个假想的有效性存在激烈的争论，可是，他的方法一般却都认为是天才的突破。对刺激和反应两者之间的关系进行计量研究的时机已经成熟；许多心理学家几乎立即就开始利用费希纳的三个方法了，这三个方法将肉体的生理机构与它们所引起的主观的经验连接起来了。（费希纳本人尽管仍然还在写文章为他的心理物理学辩护，可是；他把漫长余生的大部分都贡献给美学、轻度异常现象。统计学和泛心灵哲学的研究上了。）
后来的心理学家们已经发现有错误，甚至驳倒了他的发现中的每个地方，可是，他的方法不仅仍然有用，而且是感觉测量中最基本的方法。波林总结了费希纳相互矛盾的成就：
没有费希纳……也许仍然会有一种实验心理学……可是，在实验体中，却不可能出现如此广泛的科学范畴，因为，如果测量不能成为科学的工具之一，则我们很难认为某个课题是符合科学的。因为他所做的事情和他做这些事情的时代，费希纳创立了实验计量心理学，并把这门学问从其原来的途径搬回来导入了正轨。人们也许可以称他做实验心理学“之父”，或者，人们也许会把这个称号送给冯特。这没有什么关系。费希纳种下了肥沃的思想之种，它生长起来，并带来了丰硕的成果。