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科學(xué)巨人不為人知的B面

2020-03-27 06:55林革
百科知識(shí) 2020年5期
關(guān)鍵詞:周期律愛(ài)因斯坦牛頓

林革

縱觀(guān)科學(xué)發(fā)展史,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),在每個(gè)時(shí)期都會(huì)出現(xiàn)這樣一些科學(xué)巨人,他們的才華和貢獻(xiàn)極大地推動(dòng)了人類(lèi)科學(xué)和文明的進(jìn)步,他們名垂青史,令人肅然起敬。不過(guò),這些杰出科學(xué)家同樣是有血有肉的人,而不是完美無(wú)缺的神,他們身上也有著和普通人一樣的缺點(diǎn),也會(huì)犯錯(cuò),甚至還會(huì)走上一段人生彎路。在懷著崇敬之心仰望這些科學(xué)巨人光芒四射的A面的同時(shí),我們也不妨翻看一番他們不為人知的B面,把他們從十全十美的神位上請(qǐng)下來(lái),回歸杰出科學(xué)家的本質(zhì),或許是一種更科學(xué)、更合理的態(tài)度。

需要強(qiáng)調(diào)的是,我們翻看這些科學(xué)巨匠那并不光彩的B面,并非是要否定他們光芒四射的A面。無(wú)論怎樣,這些杰出科學(xué)家都是科學(xué)發(fā)展史上的巨人,對(duì)于科學(xué)技術(shù)和人類(lèi)社會(huì)的進(jìn)步功不可沒(méi),永遠(yuǎn)令人崇敬。

牛頓 貪圖享樂(lè) 半途而廢

牛頓是舉世聞名的科學(xué)巨人,成就斐然;不過(guò),在其漫長(zhǎng)的科學(xué)研究歲月里,他一直沒(méi)有得到和享受過(guò)與其科學(xué)成就相匹配的富裕的物質(zhì)生活,甚至有時(shí)在經(jīng)濟(jì)上還捉襟見(jiàn)肘。正是在這種背景下,功成名就的牛頓開(kāi)始產(chǎn)生追求與自己身份地位相對(duì)應(yīng)的生活的愿望。1692年,50歲的牛頓決定拋棄科學(xué)探索的艱辛,尋找一個(gè)能夠帶來(lái)更多經(jīng)濟(jì)收入的職位。消息傳出,人們紛紛為牛頓推薦去處。最初,有人推薦他去擔(dān)任倫敦查特蒙斯公立學(xué)校校長(zhǎng);不過(guò),當(dāng)牛頓問(wèn)清這一職位的月薪,知道薪金不夠高時(shí),便放棄了這一選擇。1696年,哈利法克斯爵士熱心推薦牛頓去英國(guó)皇家造幣廠(chǎng)當(dāng)督辦—這個(gè)職位的年薪可觀(guān),牛頓欣然同意并遷居倫敦。

走馬上任后的牛頓并沒(méi)有辜負(fù)這個(gè)職位,他那偉大的頭腦應(yīng)付這項(xiàng)“熔舊鑄新”的工作實(shí)在是綽綽有余。為了這份不菲的薪水,牛頓投入了極大的熱情,整日為此奔忙。在財(cái)政部花園后面,牛頓派人建起了10座大熔爐,先是一爐一爐地把舊幣熔化掉;然后,把熔化后的貴金屬運(yùn)到倫敦塔,在那里重新鑄成貨幣。直到1699年,牛頓才在這樣的勞作中停歇下來(lái)。他的盡忠職守受到了皇家的贊許,被授予造幣廠(chǎng)“終生廠(chǎng)長(zhǎng)”職銜。這個(gè)職銜給牛頓帶來(lái)了豐厚的酬勞,他每年可以得到一筆2000英鎊的收入。這可不是個(gè)小數(shù)目,要知道,當(dāng)時(shí)建立格林尼治天文臺(tái)的費(fèi)用不過(guò)才500英鎊。

俗語(yǔ)道,一心不能二用。牛頓也是如此。由于牛頓全身心投入到了貨幣鑄造之中,導(dǎo)致他在劍橋大學(xué)的教學(xué)和科研工作難以為繼,以至于不得不于1701年辭去劍橋大學(xué)教授職務(wù),退出了三一學(xué)院。由此,牛頓后半生的生活發(fā)生了巨大變化:從一個(gè)在劍橋大學(xué)過(guò)著寧?kù)o隱居生活的學(xué)者變成了一個(gè)在倫敦官場(chǎng)上頗有影響力的有錢(qián)人。生活與事業(yè)的這一急劇變化導(dǎo)致了牛頓在科學(xué)探索道路上的閉塞,使其科學(xué)探索工作徹底終止。對(duì)于一位杰出的科學(xué)家來(lái)說(shuō),這不能不說(shuō)是一個(gè)悲劇性的結(jié)局。

高斯 老于世故 生性怯弱

高斯是18世紀(jì)最偉大的數(shù)學(xué)家,也是數(shù)學(xué)史上享有盛譽(yù)的大師之一,他在數(shù)學(xué)上的成就以及他的生活態(tài)度、工作作風(fēng)贏得了人們的高度稱(chēng)贊和廣泛尊敬;然而,這位“數(shù)學(xué)王子”并非人們普遍以為的那樣完美,最令人感慨的是他對(duì)非歐幾何學(xué)(即由俄國(guó)數(shù)學(xué)家羅巴切夫斯基創(chuàng)立的羅氏幾何)的態(tài)度。這也許是高斯一生中唯一的瑕疵,同時(shí)也是后人對(duì)其挑剔的唯一話(huà)柄。

作為享有“歐洲數(shù)學(xué)之王”美譽(yù)的數(shù)學(xué)家,高斯早在1792年—也就是羅巴切夫斯基誕生的那一年—就已經(jīng)產(chǎn)生了非歐幾何思想的萌芽。到了1817年,他本人已經(jīng)在非歐幾何學(xué)研究中取得了令人滿(mǎn)意的成果。高斯把這種新幾何最初稱(chēng)為“反歐幾何”,后稱(chēng)“星空幾何”,最后稱(chēng)為“非歐幾何”。令人遺憾的是,由于康德的唯心主義空間觀(guān)念在當(dāng)時(shí)占據(jù)著統(tǒng)治地位,即認(rèn)為“空間觀(guān)念是天賦的,人生下就有空間觀(guān)念,這種空間就是歐幾里得空間,它是唯一的空間”,所有的人—包括數(shù)學(xué)家都對(duì)此深信不疑。高斯擔(dān)心自己石破天驚的發(fā)現(xiàn)會(huì)因與傳統(tǒng)空間觀(guān)念相違背而激起學(xué)術(shù)界的不滿(mǎn)和社會(huì)的反對(duì),由此影響他的尊嚴(yán)和榮譽(yù),因而一直不敢把研究結(jié)果公之于世,只是謹(jǐn)慎地把部分成果寫(xiě)在日記和與朋友往來(lái)的書(shū)信中,直到他死后,羅氏幾何漸漸被人們認(rèn)可后,高斯的有關(guān)研究才被披露出來(lái)。

1826年,俄國(guó)數(shù)學(xué)家羅巴切夫斯基在喀山大學(xué)物理學(xué)會(huì)議上宣布他創(chuàng)立了非歐幾何;此后,他又連續(xù)發(fā)表了一系列非歐幾何學(xué)著作。因?yàn)榱_氏幾何學(xué)動(dòng)搖了舊的傳統(tǒng)空間觀(guān)念,所以羅巴切夫斯基遭遇到高斯當(dāng)初擔(dān)心的一切—嘲笑譏諷、歪曲非難、攻擊謾罵、人格侮辱,學(xué)術(shù)界也持不屑一顧和冷漠否定的態(tài)度。盡管高斯是個(gè)例外,但他選擇了沉默。客觀(guān)地說(shuō),當(dāng)高斯看到羅巴切夫斯基的德文非歐幾何著作《平行線(xiàn)理論的幾何研究》時(shí),內(nèi)心是極其矛盾的:一方面,他私下在朋友面前高度稱(chēng)贊羅巴切夫斯基是“俄國(guó)最卓越的數(shù)學(xué)家之一”,并下決心學(xué)習(xí)俄語(yǔ),以便直接閱讀羅巴切夫斯基的全部非歐幾何著作;另一方面,他又不準(zhǔn)朋友向外界透露自己對(duì)非歐幾何的有關(guān)告白,也從不以任何形式公開(kāi)評(píng)論非歐幾何的相關(guān)研究工作。高斯雖然積極推選羅巴切夫斯基為哥廷根皇家科學(xué)院通訊院士;可是在評(píng)選會(huì)和他親筆寫(xiě)給羅巴切夫斯基的推選通知書(shū)中,對(duì)羅巴切夫斯基在數(shù)學(xué)上的最卓越貢獻(xiàn)—?jiǎng)?chuàng)立非歐幾何避而不談。

因此,當(dāng)人們終于認(rèn)可了歷經(jīng)磨難的羅巴切夫斯基和羅氏幾何時(shí),總?cè)滩蛔÷?lián)想到高斯的沉默和軟弱表現(xiàn)。憑高斯當(dāng)時(shí)在數(shù)學(xué)界的聲望和影響以及完全確認(rèn)的非歐幾何學(xué)的正確性,只要他振臂一呼,公開(kāi)支持,至少會(huì)改變學(xué)術(shù)界一邊倒的局面,不讓羅巴切夫斯基在苦悶和抑郁中走完人生最后一段坎坷的旅程;然而,在頑固的保守勢(shì)力面前,高斯喪失了堅(jiān)持真理的勇氣,僅為自身利益和地位考慮,選擇沉默和觀(guān)望。高斯的做法不僅斷送了他成為非歐幾何創(chuàng)始人的地位,而且在客觀(guān)上助長(zhǎng)了保守勢(shì)力對(duì)羅巴切夫斯基的攻擊,也導(dǎo)致了羅氏幾何陷入遲遲不被公認(rèn)的現(xiàn)實(shí)困局,阻礙了數(shù)學(xué)的發(fā)展。

愛(ài)因斯坦 思想僵化 守舊武斷

愛(ài)因斯坦一生科研成果卓著,其中最杰出也最廣為人知的成就就是創(chuàng)立了相對(duì)論,并發(fā)展了普朗克提出的量子假說(shuō)。令人遺憾的是,盡管愛(ài)因斯坦本人對(duì)量子理論做出了巨大貢獻(xiàn),他在量子力學(xué)初創(chuàng)階段成為首位率先支持并進(jìn)行研究的大科學(xué)家;但其后不久,愛(ài)因斯坦對(duì)待量子力學(xué)的思想倒退僵化起來(lái)。正當(dāng)眾多科學(xué)家在愛(ài)因斯坦對(duì)量子力學(xué)成功探索的引導(dǎo)下,紛紛投身于量子力學(xué)領(lǐng)域并取得了一系列新的成就之時(shí),愛(ài)因斯坦卻從1925年開(kāi)始走向自己的反面,成為量子力學(xué)的頑固反對(duì)者。他認(rèn)為量子理論是不完善的,因?yàn)樗磳?duì)量子理論中違背直覺(jué)的內(nèi)容—例如量子的不確定性。

這一年,德國(guó)物理學(xué)家海森堡在眾多科學(xué)家探索量子力學(xué)的成就的基礎(chǔ)上,找到了反映量子波粒二象性事實(shí)的“測(cè)不準(zhǔn)原理”。對(duì)于微觀(guān)粒子來(lái)說(shuō),這一原理意味著,要想精確地測(cè)定其位置,就無(wú)法精確地測(cè)定其速度;反過(guò)來(lái),要想精確地測(cè)定其速度,就無(wú)法精確地測(cè)定其位置。該原理為人們后來(lái)認(rèn)識(shí)微觀(guān)粒子提供了重要的理論依據(jù)。令人遺憾的是,愛(ài)因斯坦否定了這一原理,他認(rèn)為量子力學(xué)沒(méi)有理論依據(jù),只是偶然的假說(shuō),并“不完整”,就像上帝同世人擲骰子似的,而“上帝是不同世人擲骰子的”;他決不拋棄“可見(jiàn)的”因果關(guān)系而去接受這些所謂的可能性。愛(ài)因斯坦不僅在口頭上這樣對(duì)量子理論進(jìn)行批駁,而且在行動(dòng)上停止了對(duì)量子理論的研究,把精力完全轉(zhuǎn)移到了相對(duì)論的研究上。結(jié)果顯而易見(jiàn),愛(ài)因斯坦從此在量子力學(xué)研究方面再無(wú)建樹(shù)。當(dāng)時(shí)的許多科學(xué)工作者對(duì)此痛心疾首,認(rèn)為“這是一個(gè)悲劇—因?yàn)樗麖拇嗽诠陋?dú)中摸索前進(jìn),而我們則失去了一位領(lǐng)袖和旗手”。

與此同時(shí),這位偉大的科學(xué)家僅憑近現(xiàn)代中國(guó)科學(xué)技術(shù)落后于西方的現(xiàn)象,就武斷地判定中國(guó)古代的賢哲“沒(méi)有發(fā)現(xiàn)通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)可能找出因果關(guān)系”的科學(xué)研究。愛(ài)因斯坦的這一論斷在西方產(chǎn)生了很大的影響,使許多西方學(xué)者對(duì)中國(guó)古代科學(xué)產(chǎn)生了誤解。

后來(lái),人們總結(jié)認(rèn)為,是思想僵化和傳統(tǒng)守舊,造成了一位科學(xué)巨匠令人遺憾萬(wàn)分的停滯和失誤。盡管這些缺憾并沒(méi)有過(guò)多地影響愛(ài)因斯坦的形象和地位;但毫無(wú)疑問(wèn),他投身科學(xué)領(lǐng)域的輝煌傳奇人生因此沒(méi)能畫(huà)上圓滿(mǎn)的句號(hào)。

門(mén)捷列夫 否認(rèn)轉(zhuǎn)化的老頑固

對(duì)于具備中學(xué)化學(xué)知識(shí)的人來(lái)說(shuō),門(mén)捷列夫的名字可能并不陌生,他發(fā)現(xiàn)了元素周期律這項(xiàng)在化學(xué)領(lǐng)域里堪稱(chēng)革命性的成果。耐人尋味的是,當(dāng)初,門(mén)捷列夫也曾想進(jìn)一步弄清元素的性質(zhì)隨原子量增加呈周期性變化的原因;但由于他的思路過(guò)于傳統(tǒng)陳舊,始終受元素不能轉(zhuǎn)化、原子不可分割等形而上傳統(tǒng)觀(guān)念的束縛,導(dǎo)致最終無(wú)功而返。

更叫人慨嘆的是,到19世紀(jì)末,人們發(fā)現(xiàn)放射性元素和電子的存在、為揭開(kāi)原子從量變到質(zhì)變內(nèi)幕提供了新的實(shí)驗(yàn)依據(jù)之時(shí),門(mén)捷列夫仍固步自封,不僅對(duì)這些成果置之不理,而且極力否認(rèn)原子的復(fù)雜性和電子的客觀(guān)存在,竭盡全力進(jìn)行反對(duì)。他的諸如“承認(rèn)電子存在不但沒(méi)有多大用處,反而只會(huì)使事情復(fù)雜化”和“絲毫不能澄清事實(shí)”等言論,不但喪失了作為一個(gè)科學(xué)家的公正立場(chǎng),而且也失去了發(fā)展完善周期律學(xué)說(shuō)的機(jī)會(huì)。元素放射性的發(fā)現(xiàn)明明意味著元素是可以轉(zhuǎn)化的,門(mén)捷列夫卻表示,“我們應(yīng)當(dāng)不再相信我們已知的單質(zhì)的復(fù)雜性”“應(yīng)當(dāng)消除任何相信我們已知單質(zhì)復(fù)雜性的痕跡”,并宣布“關(guān)于元素不能轉(zhuǎn)化的概念特別重要”“是整個(gè)世界觀(guān)的基礎(chǔ)”。

“青山遮不住,畢竟東流去。”門(mén)捷列夫的頑固并不能改變事實(shí)真相,化學(xué)家們正是在19世紀(jì)末放射性元素和電子等一系列偉大發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,逐步揭示出了元素周期律的本質(zhì),他們根據(jù)門(mén)捷列夫元素周期律的合理內(nèi)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順序是按原子中的質(zhì)子數(shù)排列的。隨著原子序數(shù)的增加,原子的質(zhì)子數(shù)增加,通常情況下,中子數(shù)也要增加。質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)總合起來(lái)表現(xiàn)為原子量的增加。實(shí)踐證明,并不是有多少種元素就有多少種原子。一種元素中有含中子數(shù)多的同位素,也有含中子數(shù)少的同位素。元素的原子量是同位素的平均數(shù)。這里的所謂質(zhì)子數(shù)就是原子核外圍的電子數(shù),也就是原子核的電荷數(shù),即原子序數(shù),從而解決了門(mén)捷列夫無(wú)法解決的問(wèn)題。令人遺憾的是,在門(mén)捷列夫反對(duì)的聲音中,這些探索元素周期律獲得的成果在當(dāng)時(shí)的科學(xué)界無(wú)法占據(jù)主導(dǎo)地位和得到普遍認(rèn)可。

可以說(shuō),正是門(mén)捷列夫的思想保守,使人類(lèi)在探索元素周期律的道路上進(jìn)展緩慢甚至走向倒退,喪失了根據(jù)新的科學(xué)實(shí)驗(yàn)成果發(fā)展元素周期律的良機(jī),在給科學(xué)史留下遺憾的同時(shí),也為我們留下了深刻的啟示。

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