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08 在不可见的世界里

外界的事物会在我们心里形成图像或符号,

而且这些图像经过逻辑推论得出的结果

总能与客体的自然发展结果相一致。

海因里希·赫兹

(1857—1894年)

海因里希·赫兹是19世纪最重要的物理学家之一。他最为杰出的成就,就是证明了电磁波的存在。19世纪60年代,苏格兰人詹姆斯·克拉克·麦克斯韦曾经提出一套理论,将电学现象与磁学现象联系到一起——以“电磁学”一词,展现了自然中各种力的一致性。19世纪70年代,麦克斯韦提出光应当是一种电磁波,这种理论具有轰动性和指导意义,却仍待实验证明。海因里希·赫兹完成了这项实验,他在实验中借助一个振荡的偶极子 引发了这种波。今天,这种装置以“赫兹振子”著称。

尽管可以为自己的成功而庆祝,但这位来自汉堡,出身卡尔斯鲁厄显赫的汉萨家族的科学家,却仍专注于研究。1886年11月11日,就在汉堡,他成功地将电磁波从发生器传送至接收器——这就是我们司空见惯的广播的原理。1888年,他在柏林科学院发表了他的研究报告《关于电射线》,介绍了他的成果。

在这一成果发表的125周年纪念日之际,德国联邦发行了面值为58分的纪念邮票。早在1957年赫兹的100年诞辰时,德国就曾发行过纪念邮票,其购入价格达到了10芬尼(笔者冒昧地以孩子的视角写下这句话,笔者收集著名科学家的头像邮票就是从这一张邮票开始的)。

赫兹证明了麦克斯韦预言的电磁波是真实存在的,并且可以被制造出来。值得一提的有两点:首先,赫兹以此证实了麦克斯韦方程组的正确性,这也引起了当时尚未出名的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦对它的重视。麦克斯韦不仅以他的数学方法明确了光的本质,还计算出了光的速度,这个计算结果不受光波运动状态及观察者的影响。因为有赫兹的研究,爱因斯坦才发现,物理学出现了原则上的问题;然后这位来自乌尔姆的科学家才开始思考这个问题,并且最终提出了相对论。

其次,赫兹所研究的射线的不可见性也具有重大意义。比较当时发现的其他不可见射线——从X射线、放射性物质到宇宙射线,几乎可以推断,光的大部分都是不可见的。根据赫兹的测算,大部分的世界都是不可见的。对于艺术,这就意味着,如果想要描绘世界的真实样貌,就必须进行虚构。诸如抽象艺术的艺术流派由此产生,其代表艺术家毕加索就说过:他不再画自己看到的事物,转而去画他所思考或想象的事物。

当赫兹还是一名年轻的大学新生,正准备踏上研究物理学的道路的时候,他曾向一位著名的物理学教授请教,如何能够进步得更快。他得到的回答是:学习经典。他还知道了应该去读哪些经典作家的作品:皮埃尔-西蒙·拉普拉斯 和约瑟夫·拉格朗日 。赫兹将这些话牢记于心,潜心钻研拉格朗日的力学理论。他花了大量的时间,“来进行独立思考”。他在家中写道,“仅那些力学原理,那些名词:力、时间、空间、运动,等等的表述,就足以让人大伤脑筋”。

他的最后一部著作——在他36岁过世前完成的《力学原理》,为力学的基本概念做了细致的分析。

学习期间赫兹也不忘翻阅17世纪的古老手稿,研读《莱布尼茨作品集》,其中就包括“关于微分的最早一批论文,它们见证了微分这一创举。看着这些劣质的印刷和极不成熟的符号语言,很难相信,全部的科学都是在这一青涩萌芽的基础上建立起来的。而这些今天看来像是小孩子牙牙学语的语言,在当时只有最有学问的学者才能读懂”。

写《力学原理》的时候,赫兹对艾萨克·牛顿的三条物理学基本定律做了一个总结,他写道:“所有独立系统都会保持静止状态或保持类似于在笔直轨道上的运动状态。”赫兹进行了伟大的设想,“关于时间、空间和质量之间的关系的说法都已经不能满足我们灵魂的需求”,它们应当“与所有的未来经验相符”。与他同时代的赫尔曼·冯·亥姆霍兹曾评价他“对物力论的描述,即使不是唯一的,至少也是迄今所发表的观点中最具哲理性的说法之一”。然而读者需要一定的时间来理解这种“犀利而错综复杂”的理论。路德维希·玻尔兹曼曾因过于投入地研究赫兹的理论,给妻子写信时的称呼居然写成了“我亲爱的赫兹(Mein liebes Hertz!)” 。遗憾的是,在这之前,从来都没有人真的写过“我亲爱的赫兹(Mein lieber Hertz !)”。 fZFk+PXJccqDBOnmMwFQ5pgLGnyodS/FdNBr1ZEwCAdFX/xj6cjwJILXN129D+XN

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