玻耳兹曼：一位深受哲学困扰的物理学家（下）
成素梅 钟海琴（1999.10）
三、教学风格
在从事科学研究与教学的领域内，玻耳兹曼是一位难得的全才。在他一生所发表的科学论文中，围绕分子运动论的文章仅占其全部论文的一半，另一半论文涉及到电磁学、化学、数学和哲学等多个领域。宽广的研究领域为玻耳兹曼带来了渊博精深的知识享受；精益求精的教学风格使玻耳兹曼赢得了大批优秀学生的青睐；杰出的科学成就为玻耳兹曼一生活跃于讲坛与学术界打下了坚实的基础。
1873年在格拉茨经过四年讲师锻炼的玻耳兹曼被维也纳大学聘任为数学教授，这标志着玻耳兹曼的工作和能力已得到了社会及同行的承认。从1873年被聘为教授到1906年去逝之前，由于生活及工作方面的原因玻耳兹曼在四个著名的大学担任教授职务，具体时间见表一（略）。
在各所大学中，玻耳兹曼所讲授的课程主要有热力学、电磁学、数学、化学，晚年在维也纳大学继任了马赫的职位，重新组建了维也纳大学哲学研究所，并开设了哲学讲座。
玻耳兹曼是一位天才的雄辩者和演讲家，他讲课的思路十分清晰，从不照本宣读。在讲课中，他十分注重培养学生的理解能力，从常见的自然现象出发，以各种生动的实例对一些基本概念进行不厌其烦地、深入浅出地反复论证，使学生一通百通地理解、掌握、运用基本概念和基本原理。凡是系统地听过玻耳兹曼讲座的学生，都感受到当理解了一个基本原理和概念的真谛时那种豁然顿悟的内在乐趣，欣赏到理性思维的威力。
除了认真细致地引导学生的学习之外，玻耳兹曼经常为讲座自制教学仪器，试图以现象化的方式，诱引学生理解深奥的理论背景。例如，1891年，玻耳兹曼为了讲好电磁学理论，专门设计了关于两个电路相互感应的双循环“力学模型”，对于初学者而言，这种现象化的教学所带来的启发无疑是难以估量的。几年后，量子理论的奠基者索未菲（A. sommerfeld）就曾经把玻耳兹曼的设计模型在他的力学教材中以相似的性质用于汽车分速器上。
玻耳兹曼十分注重挖掘学生应有的潜力，通过对学生意志、愿望、兴趣的培养，使学生养成学研相兼的良好学习习惯。例如1890年，玻耳兹曼应聘到慕尼黑大学任理论物理学教授之后，他经常把学生请到家中，和学生谈心，了解学生的发展意向。在启发式的交谈中，他经常通过讲授自己的个人经验和体会，把谈话中心诱导到对科学前沿问题的探讨方面。深奥的交谈有时在他熟练的钢琴弹奏曲中变得轻松起来。玻耳兹曼给学生留下的这种无拘无束、和蔼可亲、热情好客的个性特征同他满脸胡子给人留下的威严相貌形成了强烈的反差。
专博相融的基础知识、深入浅出的雄辩才华以及日益提高的科学威望，使玻耳兹曼领导的研究所成为世界各国优秀学生向往的理想场所；理论与实验相结合的教学风格、启发式的心理与兴趣的精心诱导以及研究方向的合理选择，使玻耳兹曼培养出了一代杰出的科学人才。其中有1903年和1920年分别获得诺贝尔化学奖的瑞典物理化学家阿仑尼乌斯（S．A. Arrhenius）及能斯特（w. Nernst）、日本原子物理学家长冈半太郎（H. Nagaoka）、理论物理学家埃仑费斯特（P. Ehrenfest）和他的继承人哈斯诺尔（G. F. Hasenohrl）等。
四、个性及生活
热爱科学，追求和谐，为真理而奋斗是玻耳兹曼人生追求的最大目标。在科学研究中，玻耳兹曼始终一丝不苟，从不放过任何一个疑难问题，他的思路经常会被问题所陶醉，甚至达到忘我的境地。例如，有一次在自己学生的博士学位授予仪式上，玻耳兹曼由于思考问题，竟然忘掉了给学生颁发学位证书，在仪式结束时，把学位证书递到前来向他祝贺的校长手中。
然而，与这种执着、严谨的科学风格相反，在现实生活中，玻耳兹曼却是一位典型的多愁善感、善于情绪波动之人。
1869年到1872年，玻耳兹曼在格拉茨担任讲师职务期间，结识了比他小10岁的格拉茨大学唯一的女大学生艾根特拉（H. E. V. Aigentler），1876年，他们结为伉俪。日后他们成为三个女儿，两个儿子的父母亲，家庭生活十分和谐。
玻耳兹曼爱好音乐、善长跳舞、弹钢琴，是经常举行的家庭舞会中的活跃分子。暑假期间，玻耳兹曼一家喜欢去海滨游玩，在旋途中，在海滨沙滩，玻耳兹曼经常诗情洋溢，有感而发，借以清理他抑郁的情绪和工作的疲劳。玻耳兹曼是一位慈祥的父亲，为了培养孩子的音乐兴趣，他在音乐厅专门为全家人定有固定的席位。玻耳兹曼还是一位体贴入微的丈夫，为了减轻妻子的家务负担，他亲手组装电动缝纫机等家用电器。
与这种浪漫的生活情调不相称的是，玻耳兹曼的衣着十分随便，不拘小节。1904年，他去美国参加圣路易斯世界博览会时，穿着很旧的衣服，工作人员将他误认为是一位搬运工，指使他快去给玻耳兹曼搬运行李。
在为人处事方面，玻耳兹曼是一位充满爱心、十分认真之人，他努力将做人的宽容与做学问的严谨区别开来，使科学上的争论和对峙与真诚的个人感情分别对待。在学术界洛希密脱。马赫、奥斯特瓦德是玻耳兹曼的主要争论对手，在关于科学问题的论争方面，双方总是唇枪舌剑，据理力争，从不相让。在争论之后，玻耳兹曼总是想办法主动恢复淡化了的私人情感，在对方批评的基础上，反思自己的观点。例如，玻耳兹曼曾主动写信给洛希密脱恢复个人关系，并在洛希密脱去逝后，亲自撰文哀悼，并且倡导捐资为洛希密脱制作塑像。
玻耳兹曼宽容的生活个性，使他成为第一位接受英国科学家麦克斯韦电磁学理论的欧洲大陆科学家。也正是在研究麦克斯韦工作的基础上，使他登上了科学的顶峰。在取得一定的科学荣誉之后，玻耳兹曼从不固步自封，自我作古，而是始终注重参加各种形式的交流活动，经常保持同外界的各种联系。1899年、1901年和1904年，玻耳兹曼曾三次赴美国讲学，宣传他的原子论思想。1890一1894年，在慕尼黑任教期间，他继承了德国的学术传统，经常参加由物理学家、天文学家、数学家、化学家甚至哲学家组成的聚会活动。他们谈天说地、各抒己见，彼此激发着灵感。在十九世纪九十年代初玻耳兹曼首次出访英国，这件事在当时的欧洲有非常重要的历史价值，它不仅打破了英国科学家和欧洲科学家之间曾就牛顿（I. Newton）和莱布尼兹（w. Leibniz）发明微积分的优先权问题进行的长达200年之久的争论所导致的封锁局面，而且架起了英国科学家了解欧洲大陆科学研究概况之桥梁。此后，英国科学促进会为使英国科学家进一步理解玻耳兹曼的理论专门举办了两次关于热力学问题的研讨会，促进了国际学术界对热力学理论的进一步研究。这使玻耳兹曼一生的交往圈由他的老师、学生、同事等直系伙伴扩展为包括科学研究对手、仰慕者、影响者等旁系伙伴，主要人物概况见表2。[5]
五、哲学争论中的孤独者
同每一位在物理学研究的前沿领域内作出杰出贡献的物理学家都表明了自己的哲学立场一样，玻耳兹曼在运用力学机制和原子论的思想研究自然现象的过程中所做出的贡献，也隐含了他的哲学观点。
然而，在当时实证主义思潮正席卷物理学界，机械自然观的局限性逐渐暴露的背景下，玻耳兹曼以分子原子假设为基础的观点，被学术界充斥为是不能实证的虚构的“数学模型”或假设，受到了以马赫为代表的实证论者，和以奥斯特瓦尔德为代表的唯能论者的强烈批评及指责；玻耳兹曼所建立的熵与几率之间的联系，由于不能还原成力学解释遭到物理学前辈的责难。致使玻耳兹曼始终难以摆脱哲学的困扰，在哲学争论中成为少数派的代表。
在19世纪末物理学的研究传统面临转型时期，用任何一种“什么主义”或“什么论者”来概括玻耳兹曼的哲学思想都会失之偏颇，当然用“正确”或“错误”的两分法来下结论更显不妥和盲目。玻耳兹曼的哲学观点主要在同马赫及奥斯特瓦尔德的争论中，在他晚年为学生开设的哲学讲座中体现出来。
玻耳兹曼同马赫之间的争论在他们成为同事之后达到了高峰。1895年，玻耳兹曼从慕尼黑大学聘到母校维也纳大学继任老师斯忒凡的理论物理学教授席位不久，富有批判精神的物理学家与哲学家马赫也应聘到维也纳大学继任了哲学家与心理学家布伦但诺的科学哲学教授职务。在当时，马赫开设的“归纳科学的历史与哲学”讲座吸引了大批优秀的数学与物理学专业的学生和一些哲学爱好者，其中包括玻耳兹曼的学生在内。由于受马赫思想的影响，大多数学生仅仅选择玻耳兹曼为第二指导老师，不像玻耳兹曼在格拉茨和慕尼黑那样，学生争着拜他为第一导师。这种精神压抑无疑深深地刺痛了玻耳兹曼的自尊心。
在学术观点上，马赫认为，物理学理论决不应该建立在子虚乌有的、不能得到证实的原子假说的基础之上，而是从大量由实验证实的经验事实中归纳出来的。玻耳兹曼为了对自己的观点进行辩护，不得不在外界压力的迫使下，不断调整自己的研究方向，从1895年之后逐步转向科学方法论的研究，他指出，如果采用明确的力学假设与恰当的数学手段所得到的结论同经验事实相一致，那么，即使这个假设并不能说明事物的全部本质，也应当承认它的客观性。气体分子运动论的假设正是如此。玻耳兹曼认为，人们在运用逻辑推理时，通常喜欢用自己看到的或感觉到的经验来作比喻，然而，当需要抛弃这种现象类推的方法去深入分析问题的内在本质时，却变得十分固执和愚蠢。[6]
为了系统地表述自己的见解，1897年玻耳兹曼出版了《力学讲义》第一卷。在这本讲义中，玻耳兹曼从认识的心理图像论的观点出发，论证原子不是纯粹的形而上学的概念，而是作为一种内在的心理图像而存在着的，原子的实在性同心理图像在本质上是一致的。心理图像既超越于经验，但又与经验相联系。玻耳兹曼指出，物理理论的任务就在于建立一个外部世界的图像，正是这种图像引导着或指挥着物理学家的思维和实验。反过来，实验又使图像得到不断修正和完善。物理学家所形成的思想是在思维过程中完成的，或者说，一种思想的确立事实上已完成了一次小规模的综合。而思维规律的作用就在于清晰地明确物理学家想像中的图像。所以物理学家在研究外部世界时不可能建立一种绝对正确的理论，而只能找到一种尽可能简单、尽可能准确描述现象的心理图像。正因为如此，理论的构成可以使用不能被当时实验证实的假设，然后这种假设通过实验的不断检验加以调整。
玻耳兹曼的上述观点同现代物理学的研究传统是相吻合的。然而，在归纳主义占统治地位的19世纪末，这种观点在经验主义的框架内是难以容忍的。为此，玻耳兹曼在1898年很痛苦地写到：“我确信这些攻击是建立在曲解的基础之上的，气体理论在科学中所起的作用还没有完全显示出来。…‘我认为敌视气体理论是科学中的大灾难，这与波动理论受牛顿的权威影响的例子相类似。”[7]
随着玻耳兹曼压抑情绪的不断恶化和哲学困扰的日益加剧。1899年，玻耳兹曼为了避开背弃他的学生及与马赫的争论决定离开维也纳大学，试图通过环境的变更来抚慰难以被人理解的孤独之心。1900年，在德国莱比锡大学担任物理化学教授职务的奥斯特瓦尔德的鼎力邀请和推荐之下，玻耳兹曼应聘到莱比锡大学担任了理论物理学教授职务。
然而，玻耳兹曼同奥斯特瓦尔德之间的观点对立并不比同马赫之间的观点对立更轻松。
奥斯特瓦尔德是典型的唯能论者，他不仅反对玻耳兹曼的原子论观点而且反对他从力学基础上构建理论物理学大厦的机械自然观。在莱比锡，他们两人的朝夕相处，使已有的观念分歧更加明显，学术争论的残酷性终于导致双方都患有精神抑郁症。得不到同行的支持，也成为玻耳兹曼最大的心理障碍。
1902年，马赫因病辞去科学哲学教授，维也纳大学多次邀请玻耳兹曼能返回母校继任马赫的哲学兼理论物理学教授职位，并重组维也纳哲学研究所。晚年的玻耳兹曼由于精神及身体状况的原因，将自己的兴趣几乎完全转向了哲学方面。从1902年再次回到维也纳大学之后，玻耳兹曼一方面接任了曾由布伦但诺一马赫开设的哲学讲座及叔本华的哲学思想讲座；另一方面为了探究哲学究竟是什么的问题，在1904年完成出版了《力学讲义》第二卷之后，制定了大量的阅读计划。由于眼睛状况不好，玻耳兹曼只得雇佣女工帮他读物理学与哲学著作，其中包括康德（I.Kant）、叔本华（A.Schopenhauer）及数学哲学等专著。在这一时期，玻耳兹曼对哲学的研究兴趣已超过了对物理学的兴趣，决心重新寻找到一条研究哲学的有效途径。
为了达到这个目的，玻耳兹曼除了实施读书计划之外，还对数学、逻辑与语言学等问题进行了研究。玻耳兹曼认为同理论物理学的研究一样，只要人们能找到恰当的方法，哲学问题是可以得到解决的，这种方法就是语言和数学分析的方法。玻耳兹曼的这种见解同本世纪30年代西方科学哲学逻辑实证主义的内在本质是一致的。
可是，从1903年到1906年，玻耳兹曼的哲学讲座并没有达到他预想的效果，学生听讲人数有所减少。这种状况促使玻耳兹曼把所有的时间都投入到对哲学的疯狂研究中去，完成一本系统阐述自己见解的哲学著作成为他的一个最大夙愿。然而，令人遗憾的是，还没有等著作完成，这位哲学争论中的孤独者于1906年9月5日在意大利度假的旅店里莫名其妙地以上吊自杀的方式结束了自己的生命，解脱了心中的一切烦恼。玻耳兹曼的死因成为物理学史上极其令人痛心的一桩事件，它既为后人研究他的思想提供了想像的余地，同时也留下了一个永远难以揭开的谜。[8]
综上所述，玻耳兹曼的科学成就在推动和促进现代物理学发展的同时，带来了一系列至今仍具有学术价值的科学与哲学问题，证明了科学研究与哲学研究之间的内在相关性。[9]限于篇幅，一些本该深入研究的问题只能另文讨论
参考文献
[1] [2]转引自戈林：（著名物理学家传略），安徽科学技术出版社，1983年，第88页、92页。
[3]杨仲耆，申先甲主编：《物理学思想史》，湖南教育出版社，1993年。
[4][5][6]John Blackmore，“Ludwig boltzmann：His Later Life and Philosophy.1900一1906”，Book One：A Documentary History，1995，Kluwer academic Publishers, P2，215，47.
[7]“Dictionary of scientific Biography”，Charles Seribnerls Sons publishers，1976，P267.
[8]可参阅葛墨林、李新洲、关洪：“玻耳兹曼晚年考”，《自然杂志》，1990年13卷2期，第106页。
[9]见成素梅，钟海琴，“玻耳兹曼的图像论，《科学技术与辩证法》，1999年第3期。
[作者简介］：成素梅，山西大学科技与社会研究所副教授。
钟海琴，山西大学科技与社会研究所96级研究生。
（本文责任编辑李克敏）