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架起宏观与微观的桥梁:玻耳兹曼

物理学家普朗克又利用这一思想推导出作为现代物理学标志的普朗克能量子假说,从而掀开了科学史上最为壮丽的量子时代的帷幕。

  玻耳兹曼是一位难能可贵的物理学全才。1884年,他还从理论上证明了黑体辐射场总能量同热力学绝对温度的四次方成正比,从而佐证了老师斯忒藩由实验得到的经验公式,这个关系被称为斯忒藩一玻耳兹曼定律。它对后来普朗克的黑体辐射理论有很大的启示。同时,玻耳兹曼在实验物理上也屡有建树,他测定了许多物理的折射率,并从实验上证实了在各向异性媒质中不同方向的光速是不同的。

  深受哲学困扰的科学斗士

  在物理学发展史上,首先对“完美的牛顿大厦”发起猛烈攻击的就是热力学和电磁学,而岿然屹立在这两个学科最前沿的正是玻耳兹曼。他是物理学变革时代的“扛大旗者”。正因为此,玻耳兹曼往往被传统的主流学派所排斥,未能得到公正的对待,而他自己也深受哲学的困扰,郁郁寡欢。

  前面所提到的玻耳兹曼一系列开创性的科学成就都建立在唯物主义原子说基础上。可是当时实证主义思潮正席卷物理学界,玻耳兹曼不遗余力为之辩护的原子说被实证论者斥责为虚无缥缈、不足为信的“数学模型”,这就注定了他一生都处于孤军奋战的困境中。在学术上与他为敌的不仅有著名的实证主义者奥地利物理学家马赫和唯能论者德国化学家奥斯特瓦尔德,还有他非常爱戴的老师洛希密脱。学术上四面楚歌的局面一度让玻耳兹曼困扰不已。他曾伤感地写道:“我觉得自己好像是科学战线上的一名退伍老兵。不仅如此,我甚至是剩下来的惟一的一个信奉旧学说的核心和精髓的人,至少我是惟一的一个仍在竭力为它战斗的人。”尽管如此,玻耳兹曼并不轻易向命运屈服,他经常诵读席勒的《欢乐颂》,弹奏贝多芬斗志昂扬的钢琴曲来鼓舞自己。1898年,在他54岁时,他写道“我意识到,仅仅一个人孤军奋战是不足以抵挡时代潮流的。但我仍尽力而为,使得当气体理论再度复兴时,将不会有更多的内容要重新发现。”许多物理学家同时也是著名的哲学家。玻耳兹曼显然也希望建立一套完整的哲学体系来解答自己在物理学研究时遇到的困惑,抗衡马赫等人的哲学思潮,为原子说正名。针对实证主义者的指责,玻耳兹曼提出原子说不是纯粹的形而上学的概念,而是作为一种内在的心理图像而存在着。这种心理图像既与对外部世界的经验有联系,但又超越于这些经验。物理学理论的任务就在于既建立一个外部世界的图像,引导物理学家的思维的实验,同时又使图像得到不断的完善。因此理论可以提出不为当时实验所证实的假说。虽然原子说没有被证实,但它在理论上却是合理的。玻耳兹曼上述观点与当代物理学的研究成果不谋而合,但在当时却是为经验主义者所难以容忍的,因而受到多方敌视。1898年,他痛苦地写道:“我认为敌视气体理论是科学史上的大灾难,这与波动理论受牛顿权威的影响相类似。”在生命的最后几年,玻耳兹曼废寝忘食,疯狂地投入到哲学研究中去。他制定了大量阅读计划。晚年他不幸患上严重的气喘病,眼睛视力也每况愈下。然而即使是躺在病床上,他仍坚持研究,哪怕是以听代读,他也要别人把康德、叔本华等人撰写的哲学著作读给他听。可是,积劳成疾的身心状况使玻耳兹曼在哲学上的探索举步维艰。1903年到1906年,他在大学里开设的哲学讲座并没有取得预期效果。他的哲学研究非但没有解除心中的疑惑,反而加深了他在哲学上的困扰。晚年的玻耳兹曼经常处于精神极度抑郁的状态当中。1906年9月5日,这位饱受哲学困扰的科学斗士不无遗憾地离开了人世。然而,多少让人感到欣慰的是,就在他逝世后不久,粒子无规则的运动——布朗运动被实验证实,从而最终确认了原子的存在。玻耳兹曼,这位以自己的生命捍卫真理的科学斗士虽然没能够看到这一天,但如果灵魂有知,他也会含笑九泉的。
 独具魅力的人格

  与玻耳兹曼相处过的师友,学生总是被他无处不在、挥洒自如的人格魅力所深深折服。在他满脸胡须威严的相貌下隐藏着宽广无边的胸怀。

  玻耳兹曼生性随和,热情好客,他爱好音乐、擅长跳舞和钢琴演奏,是各类聚会的活跃分子。他经常诗情洋溢,有感而发,抒发自己对生活的热爱。在他熟练悦耳的钢琴伴奏下,即使再深奥的学术交谈也会变得轻松自如,激发了不少同僚创造性思维的火花。具有良好哲学修养的玻耳兹曼素以雄辩才华而著称。不少学生慕名前来聆听他的讲课,来体验理性思考的无穷乐趣和魅力。在他的培养下,一批杰出的科学接班人涌现在科研的新阵地上。其中就有两名诺贝尔化学奖的获得者以及日本原子物理学家长冈半太郎、奥地利理论物理学家埃仑费斯特。

  生活中的玻耳兹曼不拘小节,留传下不少脍炙人口的生活逸闻。他往往醉心于问题思考而达到忘我的境地。有一次在自己学生的博士学位授予仪式上,玻耳兹曼由于思考问题,竟然把证书颁发到前来向他祝贺的校长手中。玻耳兹曼衣着简朴。1904年,他去参加圣路易斯世界博览会时,因为衣着破旧,被惯于以貌取人的饭店侍者误认为是一名搬运工,指派他快去给玻耳兹曼教授搬行李!

  玻耳兹曼胸怀宽广,无论对待人还是对待科学都有一颗海纳百川的包容心。虽然他的一生都处于孤军奋战的学术困境,但他只有学术上的对手,没有生活上的敌人。不少人在学术问题上与他唇枪舌剑、互不相让,生活中却和他是互相敬重的生死至交。玻耳兹曼的为人在他逝世之后得到了最大的回报。他的学术对手、生活中的朋友纷纷撰文表示诚挚的哀悼和最深切的怀念。这种君子之交一直被人们传为科学史上的美谈。

  对待科学,玻耳兹曼又是以其宽广的胸襟作出了不同寻常的贡献。19世纪90年代,玻耳兹曼首次出访英国,这不仅打破了英国科学家与欧洲大陆之间因微积分发明权归属问题造成的长达2年之久的僵局,而且架起了英国科学了解欧洲大陆科研概况的梁。这在欧洲学术界富有重大意义。

  正如德国现代著名数学家希尔伯所说,“科学的结果在适当的时机自会得到证明。”在玻耳兹曼逝世以后,人们终于意识到了他学术成就中所蕴含的巨大科学价值和哲学价值。他开辟了微观研究的统计物理学领域,论证和预言了原子的存在,并从哲学的高度对自然科学和人们的认识能力作出了反思。事实正如劳厄的评价:“如果没有玻耳兹曼的贡献,现代物理学是不可想像的。”然而,把公式S=KlogIV刻入墓碑的意义远胜于学术上的纪念和缅怀,它时刻提醒我们追忆这位科学家勇于挑战权威的批判精神和敢于孤军奋战的斗士精神。正是因为有了这种精神,科学才得以一次又一次冲破传统思维的藩篱

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来源:中国哲士网

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