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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 2020年5期
      關(guān)鍵詞:周期律愛因斯坦牛頓

      林革

      縱觀科學(xué)發(fā)展史,我們會發(fā)現(xiàn),在每個時期都會出現(xiàn)這樣一些科學(xué)巨人,他們的才華和貢獻極大地推動了人類科學(xué)和文明的進步,他們名垂青史,令人肅然起敬。不過,這些杰出科學(xué)家同樣是有血有肉的人,而不是完美無缺的神,他們身上也有著和普通人一樣的缺點,也會犯錯,甚至還會走上一段人生彎路。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,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下來,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,對于科學(xué)技術(shù)和人類社會的進步功不可沒,永遠令人崇敬。

      牛頓 貪圖享樂 半途而廢

      牛頓是舉世聞名的科學(xué)巨人,成就斐然;不過,在其漫長的科學(xué)研究歲月里,他一直沒有得到和享受過與其科學(xué)成就相匹配的富裕的物質(zhì)生活,甚至有時在經(jīng)濟上還捉襟見肘。正是在這種背景下,功成名就的牛頓開始產(chǎn)生追求與自己身份地位相對應(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,尋找一個能夠帶來更多經(jīng)濟收入的職位。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;不過,當(dāng)牛頓問清這一職位的月薪,知道薪金不夠高時,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皇家造幣廠當(dāng)督辦—這個職位的年薪可觀,牛頓欣然同意并遷居倫敦。

      走馬上任后的牛頓并沒有辜負這個職位,他那偉大的頭腦應(yīng)付這項“熔舊鑄新”的工作實在是綽綽有余。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。他的盡忠職守受到了皇家的贊許,被授予造幣廠“終生廠長”職銜。這個職銜給牛頓帶來了豐厚的酬勞,他每年可以得到一筆2000英鎊的收入。這可不是個小數(shù)目,要知道,當(dāng)時建立格林尼治天文臺的費用不過才500英鎊。

      俗語道,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:從一個在劍橋大學(xué)過著寧靜隱居生活的學(xué)者變成了一個在倫敦官場上頗有影響力的有錢人。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。對于一位杰出的科學(xué)家來說,這不能不說是一個悲劇性的結(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非歐幾何學(xué)(即由俄國數(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,同時也是后人對其挑剔的唯一話柄。

      作為享有“歐洲數(shù)學(xué)之王”美譽的數(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意的成果。高斯把這種新幾何最初稱為“反歐幾何”,后稱“星空幾何”,最后稱為“非歐幾何”。令人遺憾的是,由于康德的唯心主義空間觀念在當(dāng)時占據(jù)著統(tǒng)治地位,即認為“空間觀念是天賦的,人生下就有空間觀念,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)家都對此深信不疑。高斯擔(dān)心自己石破天驚的發(fā)現(xiàn)會因與傳統(tǒng)空間觀念相違背而激起學(xué)術(shù)界的不滿和社會的反對,由此影響他的尊嚴(yán)和榮譽,因而一直不敢把研究結(jié)果公之于世,只是謹慎地把部分成果寫在日記和與朋友往來的書信中,直到他死后,羅氏幾何漸漸被人們認可后,高斯的有關(guān)研究才被披露出來。

      1826年,俄國數(shù)學(xué)家羅巴切夫斯基在喀山大學(xué)物理學(xué)會議上宣布他創(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。因為羅氏幾何學(xué)動搖了舊的傳統(tǒng)空間觀念,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。盡管高斯是個例外,但他選擇了沉默??陀^地說,當(dāng)高斯看到羅巴切夫斯基的德文非歐幾何著作《平行線理論的幾何研究》時,內(nèi)心是極其矛盾的:一方面,他私下在朋友面前高度稱贊羅巴切夫斯基是“俄國最卓越的數(shù)學(xué)家之一”,并下決心學(xué)習(xí)俄語,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非歐幾何的有關(guān)告白,也從不以任何形式公開評論非歐幾何的相關(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;可是在評選會和他親筆寫給羅巴切夫斯基的推選通知書中,對羅巴切夫斯基在數(shù)學(xué)上的最卓越貢獻—創(chuàng)立非歐幾何避而不談。

      因此,當(dāng)人們終于認可了歷經(jīng)磨難的羅巴切夫斯基和羅氏幾何時,總?cè)滩蛔÷?lián)想到高斯的沉默和軟弱表現(xiàn)。憑高斯當(dāng)時在數(shù)學(xué)界的聲望和影響以及完全確認的非歐幾何學(xué)的正確性,只要他振臂一呼,公開支持,至少會改變學(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,在頑固的保守勢力面前,高斯喪失了堅持真理的勇氣,僅為自身利益和地位考慮,選擇沉默和觀望。高斯的做法不僅斷送了他成為非歐幾何創(chuàng)始人的地位,而且在客觀上助長了保守勢力對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的現(xiàn)實困局,阻礙了數(shù)學(xué)的發(fā)展。

      愛因斯坦 思想僵化 守舊武斷

      愛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)立了相對論,并發(fā)展了普朗克提出的量子假說。令人遺憾的是,盡管愛因斯坦本人對量子理論做出了巨大貢獻,他在量子力學(xué)初創(chuàng)階段成為首位率先支持并進行研究的大科學(xué)家;但其后不久,愛因斯坦對待量子力學(xué)的思想倒退僵化起來。正當(dāng)眾多科學(xué)家在愛因斯坦對量子力學(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,愛因斯坦卻從1925年開始走向自己的反面,成為量子力學(xué)的頑固反對者。他認為量子理論是不完善的,因為他反對量子理論中違背直覺的內(nèi)容—例如量子的不確定性。

      這一年,德國物理學(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的“測不準(zhǔn)原理”。對于微觀粒子來說,這一原理意味著,要想精確地測定其位置,就無法精確地測定其速度;反過來,要想精確地測定其速度,就無法精確地測定其位置。該原理為人們后來認識微觀粒子提供了重要的理論依據(jù)。令人遺憾的是,愛因斯坦否定了這一原理,他認為量子力學(xué)沒有理論依據(jù),只是偶然的假說,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“可見的”因果關(guān)系而去接受這些所謂的可能性。愛因斯坦不僅在口頭上這樣對量子理論進行批駁,而且在行動上停止了對量子理論的研究,把精力完全轉(zhuǎn)移到了相對論的研究上。結(jié)果顯而易見,愛因斯坦從此在量子力學(xué)研究方面再無建樹。當(dāng)時的許多科學(xué)工作者對此痛心疾首,認為“這是一個悲劇—因為他從此在孤獨中摸索前進,而我們則失去了一位領(lǐng)袖和旗手”。

      與此同時,這位偉大的科學(xué)家僅憑近現(xiàn)代中國科學(xué)技術(shù)落后于西方的現(xiàn)象,就武斷地判定中國古代的賢哲“沒有發(fā)現(xiàn)通過系統(tǒng)的實驗可能找出因果關(guān)系”的科學(xué)研究。愛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)者對中國古代科學(xué)產(chǎn)生了誤解。

      后來,人們總結(jié)認為,是思想僵化和傳統(tǒng)守舊,造成了一位科學(xué)巨匠令人遺憾萬分的停滯和失誤。盡管這些缺憾并沒有過多地影響愛因斯坦的形象和地位;但毫無疑問,他投身科學(xué)領(lǐng)域的輝煌傳奇人生因此沒能畫上圓滿的句號。

      門捷列夫 否認轉(zhuǎn)化的老頑固

      對于具備中學(xué)化學(xué)知識的人來說,門捷列夫的名字可能并不陌生,他發(fā)現(xiàn)了元素周期律這項在化學(xué)領(lǐng)域里堪稱革命性的成果。耐人尋味的是,當(dāng)初,門捷列夫也曾想進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)觀念的束縛,導(dǎo)致最終無功而返。

      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、為揭開原子從量變到質(zhì)變內(nèi)幕提供了新的實驗依據(jù)之時,門捷列夫仍固步自封,不僅對這些成果置之不理,而且極力否認原子的復(fù)雜性和電子的客觀存在,竭盡全力進行反對。他的諸如“承認電子存在不但沒有多大用處,反而只會使事情復(fù)雜化”和“絲毫不能澄清事實”等言論,不但喪失了作為一個科學(xué)家的公正立場,而且也失去了發(fā)展完善周期律學(xué)說的機會。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”“是整個世界觀的基礎(chǔ)”。

      “青山遮不住,畢竟東流去?!遍T捷列夫的頑固并不能改變事實真相,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)總合起來表現(xiàn)為原子量的增加。實踐證明,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),從而解決了門捷列夫無法解決的問題。令人遺憾的是,在門捷列夫反對的聲音中,這些探索元素周期律獲得的成果在當(dāng)時的科學(xué)界無法占據(jù)主導(dǎo)地位和得到普遍認可。

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

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