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科学巨人不为人知的B 面

2020-06-29

中外文摘 2020年11期
关键词:周期律爱因斯坦牛顿

纵观科学发展史,我们会发现,在每个时期都会出现这样一些科学巨人,他们的才华和贡献极大地推动了人类科学和文明的进步,他们名垂青史,令人肃然起敬。不过,这些杰出科学家同样是有血有肉的人,而不是完美无缺的神,他们身上也有着和普通人一样的缺点,也会犯错,甚至还会走上一段人生弯路。在怀着崇敬之心仰望这些科学巨人光芒四射的A 面的同时,我们也不妨翻看一番他们不为人知的B面,把他们从十全十美的神位上请下来,回归杰出科学家的本质,或许是一种更科学、更合理的态度。

需要强调的是,我们翻看这些科学巨匠那并不光彩的B 面,并非是要否定他们光芒四射的A 面。无论怎样,这些杰出科学家都是科学发展史上的巨人,对于科学技术和人类社会的进步功不可没,永远令人崇敬。

牛顿:贪图享乐,半途而废

牛顿是举世闻名的科学巨人,成就斐然;不过,在其漫长的科学研究岁月里,他一直没有得到和享受过与其科学成就相匹配的富裕的物质生活,甚至有时在经济上还捉襟见肘。正是在这种背景下,功成名就的牛顿开始产生追求与自己身份地位相对应的生活的愿望。1692年,50 岁的牛顿决定抛弃科学探索的艰辛,寻找一个能够带来更多经济收入的职位。消息传出,人们纷纷为牛顿推荐去处。最初,有人推荐他去担任伦敦查特蒙斯公立学校校长;不过,当牛顿问清这一职位的月薪,知道薪金不够高时,便放弃了这一选择。1696年,哈利法克斯爵士热心推荐牛顿去英国皇家造币厂当督办——这个职位的年薪可观,牛顿欣然同意并迁居伦敦。

走马上任后的牛顿并没有辜负这个职位,他那伟大的头脑应付这项“熔旧铸新”的工作实在是绰绰有余。为了这份不菲的薪水,牛顿投入了极大的热情,整日为此奔忙。在财政部花园后面,牛顿派人建起了10 座大熔炉,先是一炉一炉地把旧币熔化掉;然后,把熔化后的贵金属运到伦敦塔,在那里重新铸成货币。直到1699年,牛顿才在这样的劳作中停歇下来。他的尽忠职守受到了皇家的赞许,被授予造币厂“终生厂长”职衔。这个职衔给牛顿带来了丰厚的酬劳,他每年可以得到一笔2000 英镑的收入。这可不是个小数目,要知道,当时建立格林尼治天文台的费用不过才500 英镑。

俗语道,一心不能二用。牛顿也是如此。由于牛顿全身心投入到了货币铸造之中,导致他在剑桥大学的教学和科研工作难以为继,以至于不得不于1701年辞去剑桥大学教授职务,退出了三一学院。由此,牛顿后半生的生活发生了巨大变化:从一个在剑桥大学过着宁静隐居生活的学者变成了一个在伦敦官场上颇有影响力的有钱人。生活与事业的这一急剧变化导致了牛顿在科学探索道路上的闭塞,使其科学探索工作彻底终止。对于一位杰出的科学家来说,这不能不说是一个悲剧性的结局。

高斯:老于世故,生性怯弱

高斯是18 世纪最伟大的数学家,也是数学史上享有盛誉的大师之一,他在数学上的成就以及他的生活态度、工作作风赢得了人们的高度称赞和广泛尊敬;然而,这位“数学王子”并非人们普遍以为的那样完美,最令人感慨的是他对非欧几何学(即由俄国数学家罗巴切夫斯基创立的罗氏几何)的态度。这也许是高斯一生中唯一的瑕疵,同时也是后人对其挑剔的唯一话柄。

作为享有“欧洲数学之王”美誉的数学家,高斯早在1792年——也就是罗巴切夫斯基诞生的那一年——就已经产生了非欧几何思想的萌芽。到了1817年,他本人已经在非欧几何学研究中取得了令人满意的成果。高斯把这种新几何最初称为“反欧几何”,后称“星空几何”,最后称为“非欧几何”。令人遗憾的是,由于康德的唯心主义空间观念在当时占据着统治地位,即认为“空间观念是天赋的,人生下就有空间观念,这种空间就是欧几里得空间,它是唯一的空间”,所有的人——包括数学家都对此深信不疑。高斯担心自己石破天惊的发现会因与传统空间观念相违背而激起学术界的不满和社会的反对,由此影响他的尊严和荣誉,因而一直不敢把研究结果公之于世,只是谨慎地把部分成果写在日记和与朋友往来的书信中,直到他死后,罗氏几何渐渐被人们认可后,高斯的有关研究才被披露出来。

1826年,俄国数学家罗巴切夫斯基在喀山大学物理学会议上宣布他创立了非欧几何;此后,他又连续发表了一系列非欧几何学著作。因为罗氏几何学动摇了旧的传统空间观念,所以罗巴切夫斯基遭遇到高斯当初担心的一切——嘲笑讥讽、歪曲非难、攻击谩骂、人格侮辱,学术界也持不屑一顾和冷漠否定的态度。尽管高斯是个例外,但他选择了沉默。客观地说,当高斯看到罗巴切夫斯基的德文非欧几何著作《平行线理论的几何研究》时,内心是极其矛盾的:一方面,他私下在朋友面前高度称赞罗巴切夫斯基是“俄国最卓越的数学家之一”,并下决心学习俄语,以便直接阅读罗巴切夫斯基的全部非欧几何著作;另一方面,他又不准朋友向外界透露自己对非欧几何的有关告白,也从不以任何形式公开评论非欧几何的相关研究工作。高斯虽然积极推选罗巴切夫斯基为哥廷根皇家科学院通讯院士;可是在评选会和他亲笔写给罗巴切夫斯基的推选通知书中,对罗巴切夫斯基在数学上的最卓越贡献——创立非欧几何避而不谈。

因此,当人们终于认可了历经磨难的罗巴切夫斯基和罗氏几何时,总忍不住联想到高斯的沉默和软弱表现。凭高斯当时在数学界的声望和影响以及完全确认的非欧几何学的正确性,只要他振臂一呼,公开支持,至少会改变学术界一边倒的局面,不让罗巴切夫斯基在苦闷和抑郁中走完人生最后一段坎坷的旅程;然而,在顽固的保守势力面前,高斯丧失了坚持真理的勇气,仅为自身利益和地位考虑,选择沉默和观望。高斯的做法不仅断送了他成为非欧几何创始人的地位,而且在客观上助长了保守势力对罗巴切夫斯基的攻击,也导致了罗氏几何陷入迟迟不被公认的现实困局,阻碍了数学的发展。

爱因斯坦:思想僵化,守旧武断

爱因斯坦一生科研成果卓著,其中最杰出也最广为人知的成就就是创立了相对论,并发展了普朗克提出的量子假说。令人遗憾的是,尽管爱因斯坦本人对量子理论做出了巨大贡献,他在量子力学初创阶段成为首位率先支持并进行研究的大科学家;但其后不久,爱因斯坦对待量子力学的思想倒退僵化起来。正当众多科学家在爱因斯坦对量子力学成功探索的引导下,纷纷投身于量子力学领域并取得了一系列新的成就之时,爱因斯坦却从1925年开始走向自己的反面,成为量子力学的顽固反对者。他认为量子理论是不完善的,因为他反对量子理论中违背直觉的内容——例如量子的不确定性。

这一年,德国物理学家海森堡在众多科学家探索量子力学的成就的基础上,找到了反映量子波粒二象性事实的“测不准原理”。对于微观粒子来说,这一原理意味着,要想精确地测定其位置,就无法精确地测定其速度;反过来,要想精确地测定其速度,就无法精确地测定其位置。该原理为人们后来认识微观粒子提供了重要的理论依据。令人遗憾的是,爱因斯坦否定了这一原理,他认为量子力学没有理论依据,只是偶然的假说,并“不完整”,就像上帝同世人掷骰子似的,而“上帝是不同世人掷骰子的”;他决不抛弃“可见的”因果关系而去接受这些所谓的可能性。爱因斯坦不仅在口头上这样对量子理论进行批驳,而且在行动上停止了对量子理论的研究,把精力完全转移到了相对论的研究上。结果显而易见,爱因斯坦从此在量子力学研究方面再无建树。当时的许多科学工作者对此痛心疾首,认为“这是一个悲剧——因为他从此在孤独中摸索前进,而我们则失去了一位领袖和旗手”。

与此同时,这位伟大的科学家仅凭近现代中国科学技术落后于西方的现象,就武断地判定中国古代的贤哲“没有发现通过系统的实验可能找出因果关系”的科学研究。爱因斯坦的这一论断在西方产生了很大的影响,使许多西方学者对中国古代科学产生了误解。

后来,人们总结认为,是思想僵化和传统守旧,造成了一位科学巨匠令人遗憾万分的停滞和失误。尽管这些缺憾并没有过多地影响爱因斯坦的形象和地位;但毫无疑问,他投身科学领域的辉煌传奇人生因此没能画上圆满的句号。

门捷列夫:否认转化的老顽固

对于具备中学化学知识的人来说,门捷列夫的名字可能并不陌生,他发现了元素周期律这项在化学领域里堪称革命性的成果。耐人寻味的是,当初,门捷列夫也曾想进一步弄清元素的性质随原子量增加呈周期性变化的原因;但由于他的思路过于传统陈旧,始终受元素不能转化、原子不可分割等形而上学传统观念的束缚,导致最终无功而返。

更叫人慨叹的是,到19 世纪末,人们发现放射性元素和电子的存在、为揭开原子从量变到质变内幕提供了新的实验依据之时,门捷列夫仍故步自封,不仅对这些成果置之不理,而且极力否认原子的复杂性和电子的客观存在,竭尽全力进行反对。他的诸如“承认电子存在不但没有多大用处,反而只会使事情复杂化”和“丝毫不能澄清事实”等言论,不但丧失了作为一个科学家的公正立场,而且也失去了发展完善周期律学说的机会。元素放射性的发现明明意味着元素是可以转化的,门捷列夫却表示,“我们应当不再相信我们已知的单质的复杂性”“应当消除任何相信我们已知单质复杂性的痕迹”,并宣布“关于元素不能转化的概念特别重要”“是整个世界观的基础”。

“青山遮不住,毕竟东流去。”门捷列夫的顽固并不能改变事实真相,化学家们正是在19 世纪末放射性元素和电子等一系列伟大发现的基础上,逐步揭示出了元素周期律的本质,他们根据门捷列夫元素周期律的合理内核,制定出了新的元素周期律,它揭示了元素在周期表中的排列顺序是按原子中的质子数排列的。随着原子序数的增加,原子的质子数增加,通常情况下,中子数也要增加。质子数和中子数总合起来表现为原子量的增加。实践证明,并不是有多少种元素就有多少种原子。一种元素中有含中子数多的同位素,也有含中子数少的同位素。元素的原子量是同位素的平均数。这里的所谓质子数就是原子核外围的电子数,也就是原子核的电荷数,即原子序数,从而解决了门捷列夫无法解决的问题。令人遗憾的是,在门捷列夫反对的声音中,这些探索元素周期律获得的成果在当时的科学界无法占据主导地位和得到普遍认可。

可以说,正是门捷列夫的思想保守,使人类在探索元素周期律的道路上进展缓慢甚至走向倒退,丧失了根据新的科学实验成果发展元素周期律的良机,在给科学史留下遗憾的同时,也为我们留下了深刻的启示。

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