1932年6月的某天,我前往爱因斯坦位于柏林以西约24公里的卡普斯
的避暑别墅拜访了普朗克。整个下午,我们边喝茶,边讨论很多话题,从即将到来的选举中各政党获胜的可能性,到是否会有人发现统一所有物理定律的简单定理。爱因斯坦的这座别墅建在一个高高的丘陵斜坡上,可以俯瞰整个美丽的湖泊。别墅顶层非常宽敞,还像天文观测台一样的摆放着一架天文望远镜,爱因斯坦的一个乐趣就是用它来观察浩瀚宇宙星空。晚餐前,我们一直在这个阳台上散步,欣赏着落日余晖与湖水交相辉映。在室内,我们总是围绕当前的政治危机讨论;但是在这里,在这湖光山色和夕阳晚霞的自然和谐中,我们可以更深入的讨论一些富有哲理和启迪意义的话题。
我们开始谈及马克斯·普朗克创立的量子物理学,以及量子力学所引发的各种哲学问题。如果我讲的过于笼统简略,爱因斯坦总是说
“不,你这样说不准确”
。但当我给出更为准确的表述时,他会思考一会儿,然后说,“是的,你这样说比较准确”。我想我们一致认为,尽管相对论已经引发了全世界的重视,但在引发当代科学思想革命方面,普朗克提出的量子理论是具有划时代意义的理论基石。我们一致认为,尽管相对论已经吸引了全世界的想象力,但量子理论一直是一种更基本的力量。
当我们谈到这一点时,我请爱因斯坦为普朗克即将以英文出版的文集
作序。爱因斯坦对我的提议唯恐避之不及。他说,让我把马克斯·普朗克介绍给公众,未免显得我太过自大自负了——因为普朗克作为量子理论的发现者,他如同日月,不需要全人类所有的烛光来衬托。这就是爱因斯坦对普朗克的真诚而天真的态度。
我解释道普朗克这本书是为公众而写的,尽管他在德国家喻户晓,全世界的科学家都知道他,但在英语国家,他不像您作为相对论的创始人那样为人所知、受人敬仰。爱因斯坦并不认为这是一个令人遗憾的现象如果情况正好相反——假设普朗克远比爱因斯坦本人更有声望,他会更高兴。但我的观点是,用一个更广为人知的科学人物去介绍另一个伟大但在大众之中并不那么出名的科学家,是一个非常恰当而有效的方式。他认同了我的观点并同意写一个简短的序言或引言,但他坚持必须简短,因为任何长篇大论都是自命不凡的。
在这一章并不是对爱因斯坦引言的扩充,而更近似于对普朗克及其学术贡献的一个客观传记性的介绍。首先,我的任务是介绍本书的作者、物理学家马克斯·普朗克在推动当今科学进步的总体图景中所处的位置,他所秉承的人生哲学以及性格特点,他在现代物理科学发展中的科学生涯;其次,我将尽量简洁、生动地介绍他对理论物理学,这一推动当今世界发展的一种理论源泉的态度;再次,梳理他作为公民和知名学者所参与的各种学术活动;最后,力求客观介绍他在德国民众中的科学地位和威望。
首先,通过与当今物理学界的领军人物对照,以及这些科学家对普朗克学术贡献的评价,来说明普朗克是在推动物理学、科学技术革命中的灵魂人物,定义他在现代科学进步总体图景中所处的地位。
如何回答,马克斯·普朗克——这个名字在物理学史上具有怎样举足轻重、不可替代的地位?我用一个比喻来回答这个问题,假设修建一个“物理学人物肖像走廊”
,将历史上和当今的所有知名物理学家的肖像都悬挂在其中,可以通过马克斯·普朗克肖像所悬挂的位置来说明他在科学界的地位。马克斯·普朗克的肖像将悬挂在第一个长廊尽头的转角处,这里也是第二道走廊的起点。普朗克,一只手向以牛顿为代表的经典物理学表示尊敬和谢意,另一只手指向一条新的走廊,那里悬挂当今的物理学家,他们肖像崭新到油墨还没完全干透,他们是爱因斯坦、尼尔斯·玻尔、欧内斯特·卢瑟福、保罗·狄拉克、亚瑟·艾丁顿、詹姆斯·金斯、罗伯特·密立根、查尔斯·威尔逊、亚瑟·康普顿、沃纳·海森堡、埃尔温·薛定谔等科学家的肖像。其中,詹姆斯·金斯爵士
在他的畅销书《神秘的宇宙》中是这样描述普朗克的学术地位的:
“直到19世纪末,随着理论和试验条件的突破,开展对于微观单个分子、原子或电子的研究才成为可能。在这个世纪相当长的一段时间里,特别是对于热辐射、万有引力的研究,仍然有很多无法用经典物理解释的现象。当哲学家们还在争论是否可以建造一台‘机器’来再现牛顿的思想、巴赫的情感或米开朗琪罗的灵感时,科学家们很快就相信不可能会有一台机器建造再现蜡烛的光或苹果的坠落。
然后,在本世纪(19世纪)末的最后几个月,德国柏林的马克斯·普朗克教授对这些仅仅依赖于经典物理学无法正确解释的热辐射现象提出了新的理论。他的理论不仅在本质上与经典物理有明显区别,而且在思维方式上也与经典物理学毫无关联。正是由于这个原因,它受到了批评、攻击甚至嘲笑。但事实证明普朗克的理论是正确的,并最终发展成为支撑现代物理学的主要公理之一‘量子理论’。此外,尽管量子理论及其作用在当时并不十分显著,但它标志着经典物理学时代的结束,以及一个全新物理时代的开启。”
另一位英国物理学家卢瑟福勋爵对他德国同行普朗克作出如下评价:
“普朗克这个名字,在所有国家的科研工作者中,都是家喻户晓众人皆知的,所有人都敬佩他对物理科学做出的巨大而持久的贡献。”
“今天,当量子理论成功地应用于如此多的科学领域并获得成功时,人们很难想象到,30年前许多科学工作者认为‘热辐射并不是连续的’这一全新的认知理论,是近乎荒诞、不可思议的。起初,几乎没有任何令人信服的证据来证明这一理论及其推论的正确性。在这方面,我和盖革教授在1908年所做的实验结果与普朗克对e的推导(e是基本电荷完全一致),这使我很早就成为量子论的支持者之一。正因如此,我可以相对客观的看待当时理论界的争论,进而鼓励玻尔教授大胆应用普朗克提出的量子理论。”
丹麦著名物理学家尼尔斯·玻尔是这样描述普朗克科学成就的意义:
“在科学史中,几乎没有任何一个重大科学发现,能够像马克斯·普朗克提出的量子理论一样,在我们同时代人有限的生命里,就产生了如此重大非凡的影响。关于原子的科学研究,能在过去30年中取得惊人进展,都是得益于量子论为科学研究提供的理论支撑和研究工具。需要注意的是,量子理论对科学研究的贡献远远不止于此。量子论是自然科学研究中具有划时代意义的革命性创新。这一革命性创新理论,起源于马克斯·普朗克在腔体辐射方面的开创性研究。在过去的30年里,这个理论和概念不断扩展,逐渐发展成为被称为‘量子物理学’的完整科学体系。基于量子物理学框架所形成的宇宙图景
,是完全独立于经典物理学的、完全不同的一种全新的科学世界观、理论体系,与经典物理学相比,它的概念更具美感,内在逻辑也更加科学、完美和谐。”
“我想再次强调,提请注意这一新理论体系的影响。它不仅在经典物理学领域,而且也在我们的日常思维方式中,打破了我们固有思维框架。正是由于从传统的思维方式解放出来,才在我们这一代人短暂的生命中,对自然现象的认识取得了惊人的进步。这一进展甚至超出了几年前所有人对它的最高希望。物理学的现状可以说是有史以来最好的,因为几乎所有在实验研究中取得丰硕成果的思想路线都自然地融合在一起,形成了一个和谐的整体,同时又不会因此而失去它们各自的方向和活力。这都归功于普朗克作为量子理论的发现者把实现这些的方法交给了我们,我们所有科学研究者都应该无限感激他!”
还有一位杰出的科学家衷心的赞扬普朗克。他就是莱比锡物理学家海森堡教授,他是现在流行的“不确定性原理”
的创始人。海森堡写道:
“1900年,马克斯·普朗克正式发表科学报告: 热辐射既不是一个完整连续的整体,也不是可以被无穷切分分解的。热辐射是由大小几乎相同的最小单元组成的一组连续不断的质量。”
“当时,他几乎无法预见,在不到30年的时间里,这一与迄今为止所有已知的物理学原理完全矛盾的理论会发展成一种原子结构学说,并由于其科学的全面性和数学上的简单性,它可以与经典物理理论体系比肩。”
现在让我们来谈谈马克斯·普朗克的生平。
普朗克1858年4月23日出生于德国基尔。他的父亲是基尔大学的宪法学教授,后转到戈廷根大学仍然担任宪法学教授。他是《普鲁士民法典》主要创立者、起草人之一。人们常说,普朗克这位伟大的物理学家继承了他父亲很多优秀品质,特别是鉴别判断能力,包括筛选实验证据、识别重要部分、剔除无意义的部分,发现复杂现象下的规律。同时,他还具有构建数学模型的清晰思维。或许,他对物理学的态度,来源于他青少年时受到家教的影响和养成的优秀品质:他将物理学看作是整个人类文化的一个分支,与其他分支共同构成人类文化的这个有机整体,各分支相互交融融合。这并不仅停留在物质层面,在精神层面对人类命运也产生了更为深远的影响。
马克斯·普朗克17岁进入慕尼黑大学攻读物理学。3年后,他转学到柏林大学,并在这里完成了他的大学学业。普朗克师从于柏林大学的物理学基尔霍夫教授,还经常参加亥姆霍兹和魏尔斯特拉斯
的讲座。当时,亥姆霍兹
和基尔霍夫古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫(Gustav Robert Kirchhoff,1824年3月12日-1887年10月17日),德国物理学家是被称为“普鲁士首都柏林科学之光”的著名物理学家。普朗克坚持认为基尔霍夫是他对热力学特别是著名的热力学第二定律有着浓厚兴趣的原因。正是在这个方向上,马克斯·普朗克撰写了他的博士学位论文,一年后,即1879年,他在慕尼黑大学发表了这篇题为《关于热力学第二定律
[1]
》的论文,当时他获得博士学位的评语是“最优异成绩
”。也许在这里我应该对德国的高等教育机制做一下说明,在获得学位的资格方面,德国的所有大学都被视为一所大学,即在德国任何一所大学都认可在其他大学的学习和成绩。一名学生可以在一所大学学习完所有的课程,也可以在另一所大学继续学习完其余的课程。如果学生希望学习或从事某一特殊专业或行业时,并且在远离家乡的某所大学里有一位杰出的教授,他可以选择去那里学习;如果他愿意的话,他甚至可以从一所大学到另一所大学去巡回学习,聆听所有杰出教授的讲授并与其进行交流。他在任何一所大学学习的成绩都将记入他的学业成绩单上,就好像他一直在一所大学学习一样。
获得博士学位后,马克斯·普朗克成为慕尼黑大学的一名私人讲师。大学私人讲师是没有固定薪水但可以收取讲课费的。1885年,普朗克被基尔大学聘为物理学教授;1889年,他到柏林大学任编外教授
;1892年,他被柏林大学基尔霍夫分校正式任命为全职教授。1912年,他成为普鲁士科学院的常务秘书。1919年,他获得了诺贝尔物理学奖
。1926年,他成为名誉教授,薛定谔接替他担任洪堡大学理论物理学教授。1930年,因阿道夫·哈纳克去世,马克斯·普朗克当选为德国威廉皇家科学促进研究协会
会长主席,这是德国的最高学术职位。
是什么原因使普朗克走上了研究量子的方向?这是一个很长的故事,因为讲述它将涉及上世纪末(19世纪)为解决热辐射的光谱之谜而进行的各种研究探索。由于这种表达可能过于简单,以至于普通读者可能无法全面而清晰的了解,因此我对这一过程稍加解释。
众所周知,太阳光谱通过棱镜将白光分解投影出来,显示为从红色到紫色连续不断的彩色光谱。牛顿是第一个以科学解释这一现象的人,这导致了学术界在对光本身性质的认识上有偏差。在热辐射领域,我们有一个相应的现象。威廉·赫歇尔爵士
是第一个证明太阳光谱并不局限于肉眼可见的部分,即仅有在红色到紫色之间的部分。1800年,他发现了红外线。通过用温度计对全色谱的各个颜色测量,他发现太阳光谱中的热量分布并不均匀,光谱中红色区域的热值最高,在此之前这种热量与光谱不是均等分布的情况从未被怀疑过。
日常经验是,物体在适度加热时会发出一种看不见的辐射,只是由于这种辐射的频率太低导致肉眼看不到。例如,在加热铁片的过程中,人们认为首先看到的是紫光,因为紫光是眼睛能看到的最小波长。但事实并非如此。光线起初是暗红色,然后是亮红色,最后变成白色。其中的问题是,不同频率的光线(即不同颜色的光)随着温度的升高而变化?这就是所谓的,不同光谱分布下辐射温度不同的问题。这是马克斯·普朗克学术生涯中的前20年致力解决的问题。普朗克在斯德哥尔摩瑞典皇家科学院接受诺贝尔奖时他在演讲中说:
“回顾过去20年,从量子假说的首次提出到经过大量的测量实验形成了明确的结论,整个过程像走出一个巨大的迷宫一样漫漫无期。我不由得想起了歌德的名言 ‘人只要奋斗就会犯错’。 如果不是总会有一道光芒照亮研究人员前进的方向,在如此漫长而艰难的斗争中,他们早就因为一次又一次的徒劳无功而放弃自己的努力。正是这道光芒的指引,即便我们走进一个又一个的错误岔路,但我们更加确定的是正在向我们追求的真理,向正确的方向又迈进了一步。对一个目标或一个方向的坚守,对于研究人员来说是必不可少的——即便它最初可能会因不断的失败而略显黯淡,但这个目标将永远指明前进的方向。”
“我很久以前就有了一个目标,我的目标就是解决光谱中热辐射的能量分布问题。古斯塔夫·基尔霍夫已经证明了热辐射的本质与辐射体的性质完全无关。这表明应存在一个恒定的常数,它只与温度和波长相关,而与辐射体的性质毫无关系。发现这个显著的函数,成为对热力学研究的主要问题,进而,如果能发现这个显著的函数,将成为整个分子物理领域对包括‘能量和温度之间的关系’等主要问题有了更深的理解。而根据基尔霍夫的理论,热辐射必须独立于辐射体本身的性质。因此,当时能够发现这个函数几乎唯一的方法是,从自然界选择那些已知其散热和吸热特征的物体,然后计算其在温度停止变化时的热辐射情况。”
然后,他谦虚而客观地回顾了他所走过的崎岖坎坷,虽然一路上磕磕绊绊、挫折重重,但他始终满怀必胜的决心和坚韧不拔的努力。经过20年的长期奋斗,这个目标终于实现了。
1900年12月14日,普朗克在向德国物理学会提交的题为《论正态光谱中的能量分布》学术报告中首次公布了他的发现,从理论上得出正确的热辐射公式——将上述函数进行了说明——即著名的普朗克公式
。他得出这个成果是通过“空腔辐射实验”——他将一个空心物体加热到白炽状态,并让一束辐射通过这个空心物体上的小开口射入,然后在分光镜中对光束进行分析。通过这种方式,我们发现热辐射能不是一个连续不断的流,
物质辐射(或吸收)的能量只能是某一最小能量单位的整数倍
,即量子假说(即“能量子”)。换句话说,热辐射的测量结果总是“hv”的整数倍,其中v是频率,h是一个恒定不变的常数——被命名为“普朗克常数”。他在学术上最大的成就,就是推导出这个常数的值为【6.55×10
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焦耳秒】。任何能量在达到 h 这个量值或是h的整数倍之前,都不可能对外有热辐射。比如说,我们的火炉只有达到了这个最小的热量值,才能对外辐射热量。直到它在积累一个完整的能量值之前,是不会进行热辐射的
,这个量值是h的两倍,以此类推。我们可以有1hv,3hv和4hv,但是不存在“几分之一个hv”。这是一个关于热辐射的革命性概念,这个概念最终被证明可以扩展到所有的辐射现象,并最终扩展到原子本身的内部结构。
很明显,普朗克揭示了一种不仅能解释辐射热光谱的原理,而且能够解释自然界普遍存在的基本现象。很快,他的理论在各个科学领域的逐步应用表明了这一点。在其发布后的几年内,爱因斯坦应用量子理论解释了光的构成,并表明光与热辐射遵循相同的过程,以量子(称为光量子)的形式发射。各国物理学家开始应用“量子化”理论,并取得了非常显著的成果。荷兰著名科学家洛伦兹
在1925年这样说:
“我们现在已经进步到这个常数(h,普朗克常数),它不仅为解释辐射强度及其代表的最大波长提供了理论依据,而且还为现有物理定量以及定量之间的关系提供了依据。我只提几点:固体比热、光化学效应、原子中电子的轨道、光谱波长、由给定速度的电子碰撞产生伦琴射线的频率、气体分子的旋转速度,还有晶体中原子之间的距离,等等。可以毫不夸张地说,在我们今天对自然的认识中,所有物质都与量子有关,是量子防止其因辐射而完全失去能量。我们坚信它的原因是,我们在这里提及的都是客观真实的,因为从不同实验中得出的h值总是一致的,而这些数值与普朗克25年前根据当时可用的实验数据计算出的数字只有非常细微的差别。”
这里不是试图从科学的维度解释量子理论。读者可以在各种现代科学书籍中发现一些关于普朗克革命性理论的流行说法——其中一些可能太流行了。我在这里的任务是指出这本书的资料来源,并试图解释为什么普朗克在处理当代科学的哲学思辨时,如此强烈地坚持他自己的观点。本书的大多数文章是关于实证主义,以及关于“因果论”和自由意志的讨论——这都不属于纯物理学的范畴。到底是什么原因,使普朗克这位德国物理学界元老级的科学家感到他自己必须采取如此坚定的立场?
已经有大量的著作是关于量子理论的哲学含义。一些物理学家明确的宣称,量子理论的发展推翻了长期以来作为科学公理的“因果律”。詹姆斯·金斯爵士对这一问题提出如下看法:
“爱因斯坦在1917年指出,至少最直观的判断是,普朗克创立的量子理论所带来的,远比仅是一个解释热辐射的物理学理论具有更多革命性影响。它似乎推翻了‘因果律’,这个在指导认识客观世界及其进程的具有统领地位的方法论。古典科学自信地宣称客观自然只能沿着一条路走,这条路从时间的开始到结束,都是由连续的‘因果链’链接起来的——状态A一定会产生状态B。量子理论诞生之后我们只能说,在状态A之后可能会有状态B、状态C、状态D或无数其他状态。的确,它可以说形成状态B比状态C的可能性更大,或状态C比状态D更有可能,等等;甚至可以统计出现状态B、C和D的概率。但也仅仅是只能用概率来表示其出现的可能性大小。任何神明也无法确切的预测一个状态之后一定会产生何种具体状态,即便这个神明下跪祈祷也不能得到完全确定的答案。”
詹姆斯·金斯爵士还表示说:
或者再做个类比——需要强调的是,这个类比并不是说宇宙客观世界是已经陈旧磨损或不完美的——宇宙就像一台老旧的发动机那样,某个关键环节就像一台破旧的发动机那样似乎松动了,宇宙的运行机制发生了“变化”。在这台破旧的发动机中“运转”或“松散”的状态,又是每个环节都各有不同;但是在客观世界中,它是被称为“普朗克常数h”的神秘数值所标定的,普朗克常数数值已经被证明在整个宇宙中是绝对一致的。用无数种方法来测量,最终实验计算结果证明,无论是在实验室里还是在宇宙恒星,普朗克常数数值都是精确的、相同的。然而,在整个宇宙中都是“松散的耦合联结”这一事实,就彻底破坏了客观规律是遵循 严格因果律 的基础,而因果律又是完美匹配机器的特征。
斜体字是我说的(指上一段)
詹姆斯·金斯爵士的断言代表了现代物理学家中相当普遍的态度。但这是普朗克坚决反对的态度。从科学的角度来看,这是不成熟的;而且,从逻辑上考虑,要得出一个全面的结论未免太过仓促。普朗克会这样认为,爱因斯坦也会说,在现代物理学中被打破的不是因果律本身,而是传统上对因果律、因果关系的表述。因果律是一回事,但亚里士多德、牛顿和康德等科学家、哲学家对其的表述方式完全是另一回事。对于自然界中,无论是精神领域还是物质领域发生的事情,传统的表述都必须被认为过于粗糙和过于直观。后一点在本书后面论述中是更为尖锐的讨论焦点。这里最令人感兴趣的是,为什么普朗克认为“因果律”的争论如此重要,以至于尽管他已经非常忙碌了,依然每天花费相当多的时间去演讲和撰写与此有关的文章。他为什么在这一点上如此坚持自己的立场?这个答案肯定不是因为他是一个坚持传统权威的人,因为,事实上他领导了现代科学中最大的“反叛”。因此,必须从不同的方向寻找答案。
在战后
出现了公众对物理科学产生浓厚兴趣的浪潮,至今依然没有退却的迹象。这无疑是因为,物理科学是当今人类思想中最重要的高级活动之一。此外,理论物理中的哲学思辨,这种更高层次的形而上学部分似乎是现代人们最喜欢的精神食粮,而这种精神食粮以前是由艺术和宗教信仰来满足的。从许多角度来看,这可能是一件幸运的事情;但从另外一个角度来看,特别是从科学的角度来看,这可能是一种不幸。埃德温·薛定谔最近发表了一篇精彩的文章(《自然科学是环境科学吗?》莱比锡,1932)指出,物理科学已经成为时代精神的牺牲品。今天,需要推翻
(对与现有秩序截然不同的东西的需求
)是我们文明的普遍特征。认为“在艺术、音乐甚至政治和商业中,传统权威是一种禁锢,而不是具有发展建设性的”在公众中是占据主导地位的认知。我们发现这种略带负面的情形也同样影响着科学思想。当爱因斯坦发表他的相对论时,人们对相对论的热情很大程度上与这样一种印象有关——大众心中认为,相对论是对牛顿学说的彻底颠覆。而事实上,相对论是对牛顿物理学的完善和扩展。同样的,当海森堡宣布他的不确定性原理
时,几乎立刻就被解释为——这肯定会推翻因果律原理,甚至很多物理学家也认同这个观点。事实上,在自然客观世界中,我们无论如何也无法证明或也无法否定因果关系的存在。海森堡提出不确定性原理的目的,是为了找到一种能够解释微观运动过程的规则,比如那些基本量子的运动过程。但因果律在微观运动中是不适用的。也就是说,我们不能同时测量出一个粒子在时空中的速度和位置,也无法计算出它在下个时刻的位置。但这并不意味着因果律没有得到客观的验证。这只说明我们现有科学仪器和理论工具还不足以胜任探测粒子运动的这项工作。不确定性原理实际上只是在量子物理学中,替代因果律的一种学术假设、工作方法。因此,海森堡自己是第一个反对将他的“不确定性原理”解读为全面否定因果律的人。
那么,为什么如此草率的结论会这么流行呢?这可能与两个因素有关:首先是时代精神。这个时代的精神不希望被认为是旧秩序的继承者,而是希望从传统的权威中解放出来,不受传统权威教条的所有约束。其次,现代生活的标准化,伴随着大规模生产、强有力的推销、广告、交通以及大规模住房和保险事业等,已经形成了一套统计规则体系,这些规则在涉及大量事件时是正确的,尽管它们对个体案例根本不适用。人们称之为“统计因果关系论”。物理学家把它引入到物理学,并经常把它说成是经典意义上严格因果关系的对立面。其实,他们说的是统计因果关系,而不是动态因果关系。事实上,统计因果关系,甚至所谓的概率法则,都是建立在个案中严格因果关系的前提之上的。保险公司根据统计因果关系原理,在某年中有某个年龄段、从事某种职业的因某种疾病而死亡的人数有数千人。保险单就是根据这些统计数据制定的。但这些统计数据与被保险人的实际死亡原因无关。
现在,任何一位真正的艺术家或科学家,都以自己所在领域的整体利益为重,努力保护她们不受外来原则或方法的侵袭干扰。这正是普朗克在物理科学中的立场。如果说,我们生活在一个与旧的政治和社会传统背道而驰的时代,这从根本上是因为旧的传统已经不适合我们现代生活的经济秩序和社会秩序的变化。但是,科学研究应是一种不受人类社会秩序、生活环境变化而影响,保持独立、客观的活动。很自然的,公众的心智应该转向关注当今人类精神文明中最重要的一个分支——即物理科学,并在其中寻找普遍世界观的 支点 [2] 。这一事实本身,尽管对科学家个人来说可能是一种奉承,但却危及所讨论的科学的完整性。
普朗克对“统计因果关系论”争论的兴趣正是来源于此。我们也正是从这个角度看待他对实证主义命题的态度。物理科学的过度普及可能会促使一些物理学家匆忙地建立一种理论。而公众将这种理论作为令人敬畏或为之惊叹的对象,从某种意义上说,这是崇拜的对象,近似于以前大众对宗教神秘力量的崇拜。这也许可以这样解释,这一阶段的现代理论科学,多少有点类似于希腊哲学退化到诡辩阶段,这一阶段也是学院派衰落的标志。也正是这种衰落促使了英国洛克时代
经验主义学派的建立,其目的是重建一个可靠的哲学思想基础。当前,我们的物理科学领域也有类似的运动,也有着相似的目的。有些物理学家会把物理科学的范围缩小到对自然现象科学发现的简单描述,并且完全排除所有理论和建立任何假设。而普朗克认为,这种对研究范围的限制是违背科学精神的,而且对物理学非常不利。这就是他如此坚决反对的原因。作为物理学界的泰斗,他觉得自己有权利对狭隘的简化运动进行抨击。我十分确信在这方面,他代表了多数德国顶尖科学家的想法。不久前,我在哥廷根与普朗克的一些同行共进晚餐,那天赫尔曼·韦尔,马克斯·伯恩,詹姆斯·弗兰克都在场。大家经常提到普朗克,并对他反对简单采纳“统计因果关系论”的态度进行了热烈的讨论,大家都同意支持他反对实证主义的立场。
我在这里为了给各位读者生动地呈现出“量子理论”奠基人的形象,用了一种全景式的概要描述。最后,我将以一些物理学家关于普朗克在物理学地位的评论作为本文的结束。他无疑是德国科学界最受欢迎的人物。事实上,可以毫不夸张地说,他是所有物理学同行的挚爱。
量子物理学领域享有声望的慕尼黑大学的索末菲教授
,不久前曾写到普朗克:“他的博士文凭(1879年)上面写着‘最优异成绩’的字样。我们将用同样的评语来评定他从那时起整整50年来的工作,不仅因为他的科学研究及成果,更多因为他是率先垂范的楷模。他从未写过一个不真实的字眼。在辩论问题时,他总是向对手表现出骑士精神。在德国物理学会重组过程中出现过分歧和对立,但普朗克是双方可信赖的代表,是世人公认公正的仲裁者。”
索末菲教授讲述了一个关于普朗克的故事,说明了普朗克总是乐于与同事合作的那种无私和谦虚的态度。索末菲曾从事原子物理学中“相空间理论”的研究。他写信给普朗克寻求帮助,普朗克立即将他自己在同一领域的实验结果交给了索末菲
。索末菲诗意大发,给普朗克寄去了他写的一首小诗。他在小诗的注解中说道:
我只是为了在量子物理学这片伟大的土地上采几朵小花付出了一点点努力,而正是普朗克才将这片土地,从寸草不生的茫茫荒野开垦为富饶的耕地。
Der sorgsam urbar macht das neue Land
Dieweil ich hier und da ein Blumenstraueschen fand
.
这是一片精心耕作的花园
我在这里采撷一朵小花。
对于这一令人愉悦的赞美之词,普朗克以一种更加温和、谦恭的态度,用一首四行诗作了回应。
Was Du gepflueckt,was ich gepflueckt
Das wollen wir verbinden ,
Und weil sich eins zum andern schickt
Den schoensten Kranz draus winden.
你的选择和我的选择。
这正是我们想要连接的,
只有把我们的心血都交织在一起,
才能组成最美丽的花环。
(你的选择和我的选择,
我们将把这些交织在一起。
交织成为美丽的花束,
这是我们互相馈赠的礼物。)
普朗克在瑞典皇家科学院领取诺贝尔奖
时,发表了一篇简短的自我介绍,其中提到了一件折磨他家庭生活的悲剧。他失去了两个女儿,她们都在婚后不久就去世了,几乎可以说,她们都是穿着新娘礼服去世的;他还在战争中失去了一个非常有天赋的儿子
。另一个儿子受了伤,但活了下来,现在是冯·巴本(Franz von Papen)内阁的部长。
即使在与普朗克探讨科学学术问题时,也常常能够感受到,他孩子们的悲剧给他留下的心灵创伤。这段经历似乎唤起了一种深沉的渴望,使他的天性焕发出一种更温暖的光辉,人们倾向于称之为神秘。事实上,他不仅是一个科学家、一个非常务实的人、一个举止和衣着时髦的绅士,同时他也是一名优秀的运动员,几年前他爬上阿尔卑斯山少女峰
来庆祝他的72岁生日。同时,我不知道是何原因,人们仍然经常把他和贝多芬联系在一起,或许大家都还记得,在普朗克职业生涯的开始就有一个选择是:他是要发展他音乐方面的天赋,还是科学方面的。很显然,他选择了后者。但他也不会顾此失彼的荒废音乐天赋而单独发展科学天赋。因为,具备艺术家非凡创造性的想象力,对于成为卓越的理论科学家是必不可少的首要前提。而对自然和谐的不断寻求,也满足了对音乐的渴望。一个重要的事实是,爱因斯坦和普朗克这两位德国最伟大的科学家,同时也都是音乐家。
当我拜访他在柏林万根海默大街
的家,并在那个既是接待室又是书房的大房间里和他聊天时,我常常认为:他对自己的评估已经被他祖国的悲剧升华了,而这反过来又被当前世界的悲剧升华。因为在这件事上,他比大多数碌碌无为的人想得更多、也更为深远。但是,当有人忧郁的乌云初露端倪时,他就用他最喜欢的格言“人必须是乐观的”来反驳。我们必须是乐观主义者。他说,科学殿堂大门的铭文明示着,走进科学殿堂的条件是:你们必须有信仰。贯穿于他所有的工作、演讲或者他所说过的一切,是一根熠熠生辉的金线,那就是对科学研究最终目的所抱有坚定不移的信仰。
[1] 原文:拉丁文, De seconda lege fundamentale doctrine mechanicae caloris 。
[2] 译者注:原文为法语、斜体字, point d ' appui f,意思为支点,支撑点。