摘要:本文介绍了奥地利著名物理学家玻耳兹曼的生平、主要科学成就、科学思想及哲学思想;揭示了存在于科学研究与哲学研究之间的内在张力;反映了科学家为捍卫和辩护科学信念而展开的哲学争论的深层本质。文章指出,玻耳兹曼是一位深受哲学困扰的物理学家,他毕生对原子论的辩护,对熵与几率等概念的理解,不仅奠定了统计力学的基础,推动了20世纪物理学的发展,而且对20世纪西方哲学的发展产生了重要的影响。
关键词:玻耳兹曼 熵 原子论
在物理学发展史上,首先对“完美”的“牛顿大厦”发起猛烈攻击的学科是热力学与电磁学。对热运动及电磁现象的理解迫使物理学家不得不对自认为早已完善的力学概念体系和已成“定论”的物理学传统观念进行认真批判。正是这些批判、争论,潜移默化地冲洗着物理学家的习惯性思维,孕育和培育出一代具有批判精神的、能够推动物理学继续发展的开拓者。
德裔奥地利物理学家玻耳兹曼(L. E. BOltzmann,1844一1906)作为统计力学的奠基者,正是在物理学发展的这一关键转型时期,一直活跃在物理学与哲学的论坛上。他对物理学的发展作出了许多贡献,以致于劳厄(M. T. F. V. Laue)认为,“如果没有玻耳兹曼的贡献,现代物理学是不可想像的”[1]。然而相比之下,玻耳兹曼作为原子论的捍卫者,对20世纪西方哲学的发展所作出的贡献却似乎至今没有引起国内学术界的足够重视。
事实上,在当时的科学背景下,玻耳兹曼所选择的研究方向,以及他所取得的科学成就,就已经注定他的工作从一开始就蒙受着来自哲学方面的困扰。他与马赫(E. Mach)、奥斯特瓦尔德(F. w. Ostwald)关于原子论的争论,以及他晚年开设的哲学讲座,公开发表的科学方法论方面的论文,都直接影响了一代科学家和哲学家的工作。因此,系统地研究玻耳兹曼的科学与哲学思想,对于进一步深入理解现代物理学与西方哲学产生的时代背景、发展的文化脉络都具有重要的现实意义。
一。初露锋芒
1844年2月20日晚,玻耳兹曼出生于闻名遐尔的“音乐之都”维也纳。维也纳的文化、艺术传统对玻耳兹曼的成长和生活都产生了深刻的影响。正如玻耳兹曼在描写诗人席勒(F.schiller)对他的影响时所言,“我成为今天这样的人应该归功于席勒,如果没有他,可能也会有一个胡须和鼻子与我全然一般的人,但这个人不是今天的我”。[2]
玻耳兹曼的父亲路德维希(Ludwig)是德裔奥地利的文职官员,非常重视对子女的培养与教育;母亲卡特琳那·玻恩芬德(C.Pauernfeind)是一位很有思想的基督教徒。不幸的是,在玻耳兹曼十五岁那年,父亲因病去逝,次年弟弟相继夭折。家庭的不幸致使母亲把今后所有的希望都寄托在玻耳兹曼身上,就是在家庭经济状况极端困难的情况下,母亲也尽可能保证玻耳兹曼受到最好的教育。
青少年时代的玻耳兹曼聪明伶俐、志趣广泛,不仅喜欢音乐和文学,而且对自然界具有强烈的好奇心和敏锐的观察力。学习成绩始终在班上名列前茅。善于思考、渴望理解自然成为玻耳兹曼的学习风格;充分利用业余时间,勤奋阅读文学与哲学书籍,拜师学习弹奏钢琴,成为玻耳兹曼生活的重要组成部分。
1863年,玻耳兹曼在林兹(Linz)读完大学预科之后,进入著名的维也纳大学学习物理学和数学专业。在大学读书期间,物理学院的两位年轻老师约瑟福·斯忒凡(J.Stefan)和约瑟福·洛希密脱(J.Loschmidt)对玻耳兹曼以后的研究兴趣产生了极大的影响。当时,斯忒凡是物理学院院长、数学和物理学教授;洛希密脱是物理化学教师。比玻耳兹曼年长9岁的斯忒凡十分赏识玻耳兹曼的才华。在斯忒凡老师的悉心指导下,玻耳兹曼学到了气体和辐射方面的基础知识,掌握了必要的实验技巧。1865年(大学二年级),玻耳兹曼对斯忒凡提出的电学原理问题的解答成为玻耳兹曼发表的首篇论文,初步体现了玻耳兹曼潜在的科学天赋。在洛希密脱的教学中,玻耳兹曼对当时处于发展前沿的物质组成和结构问题有了深刻的认识,对深受实证主义
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