唯能论与乡间别墅

唯能论与乡间别墅

19世纪末，化学界接受了道尔顿的原子论，那时，这个原子论显然还只是一个没有多少实验依据却很有用的假说。当时，化学界有很多人怀疑原子和分子的物理真实性，其中就有奥斯特瓦尔德。他反对原子论是由于他强烈信奉一项以能量为基础的科学计划，他打算撰写一部规模宏大的名为《世界观》的书，把自然科学、社会科学和人文科学一并包容在内。

能量概念在奥斯特瓦尔德的“能”学中占据了中心位置，对于他来说，“能”不是像物理学中那样是一个派生的量，而是最基本的。他认为“能”是世界上唯一的真实实体，物质不是能的持有者，而是能的一种表现形式。他坚持认为，与分子运动理论相比，能学原理可为化学提供一个更为明确的基础。

由此，他认为进一步阐明物质概念是多余的，可以通过分析自然界和实验室中发生的能量转移来得到满意的说明。他还指出，被称为物质的东西，只是在同一地点被同时发现的各种能量的复合体；物质间的区别，可简化为物质间所含能量的区别。

尽管到19世纪70年代，用于化学计量学的原子概念已经被广为采用，但奥斯特瓦尔德始终认为原子是纯理论性的自然哲学的产物。1887年，他以“能及其转变”为题，在莱比锡大学作过演进；1891－1892年间，他在《唯能论研究》中再次就能量的重要性提出看法。

1895年奥斯特瓦尔德在德国科学家与物理学家学会的会议上作了题为《科学唯物主义的胜利》的演讲，认为能量作为一个概念已取代了物质。这种看法受到玻尔兹曼（L.Bolizmann, 1844－1906）、普朗克（M.Planck, 1858－1947）、能斯特等人的反驳。在以后的几年里，由于物质粒子性的实验证据日益令人信服，物理学家、化学家最终都认为唯能论是一种异端，但奥斯特瓦尔德仍一直坚持探索并积极阐明与原子论对立的唯能论。事实上，他把自己作为能学家的思想范围扩大到了世界观的水平上，甚至当他已接受物质的原子—分子论之后，仍坚持这种观点。

在《自然哲学课程》（1902）一书中，奥斯特瓦尔德设计了一个系统的哲学唯能论计划。这本书是献给马赫（E.Mach, 1838－1916）的，奥斯特瓦尔德认为自己受他的影响最大。在反原子论的观点上他们虽然是一致的，但马赫并没有接受奥斯特瓦尔德的唯能论。

这一时期，唯能论不仅占据了忍气吞声全部思想，而且还体现在他的日常生活之中。1901年，他在萨克森省格里马附近的一个乡村格里斯博滕购买了一块地产，在林边建起一座房屋，并且给它取了一个有趣的名字——“能量”。从那时起，这里成了他勤奋思考、努力工作的又一个战场。退休以后，他把家和庞大的图书馆都搬到了这座乡间别墅，以一个独立的学者和自由思想家的身份，在此致力于能学、科学方法论、科学组织工作、世界通用语、国际主义与和平主义的研究。1909年以后，他把更多的时间用来研究哲学。

1900年前后，在两个信仰不同的科学家阵营间展开了一场关于唯能论与原子论的激烈斗争。奥斯特瓦尔德是唯能论的领袖，而且是攻击性非常强的领袖，他及其追随者们声称他们所代表的是“不需要假设的科学”，要求物理学、化学都要像力学一样是纯描述性的，而这种描述性必须以几个完全通用的原理（如热力学的两个定律）作为基础，同时这些原理只能与观测数据有关，不能使用任何模型。当时，奥斯特瓦尔德宣称化学计量学的证据不能证明原子的存在，这使很多人惊讶，因为这种态度与一个化学家的身份实在是相去甚远。在1904年对英国皇家学会的一次演讲中，他试图把道尔顿的定比定律和倍比定律解释为平衡效应，这与关于原子组成的实验证据大相径庭。他固执地认为气体动力学理论的最后结果不具有确定性，因为它们都是以特殊的、简单的模型作为基础，没有涉及像热力学第二定律作为一个或然性定理那样深奥的理论。

在这次谈话中，奥斯特瓦尔德说：“要从化学动力学原理中推演出所有的化学计量学定律是可以做到的，如定比定律、倍比定律和当量定律”。但是到目前为止，原子假说还只是有可能推演出这些定律。因此，化学动力学已使原子假说无能为力，它为有关化学计量学定律的理论提供了一个比原子假说更为牢固的基础。后来，奥斯特瓦尔德又继续阐明，尽管原子概念与根据经验所得的化学计量学定律能很好地吻合，但人们仍可以不用原子概念而重新定义元素、化合物和溶液。他通过对吉布斯热力学的研究，以及依据吉布斯相律的术语对化学和物理体系的平衡进行分类来证明这一点。他的这种做法虽使自己很满意，但未能使更多的化学同行信服。

另外，奥斯特瓦尔德还根据好友拍姆塞爵士的“放射”实验，提出了元素嬗变的钟乳石模型，用高能垒（长钟乳石）代表较轻的元素，低能垒（短的钟乳石）代表嬗变性强的元素。

1906年前后，有关物质粒子性的证据已经非常引人注目，这时奥斯特瓦尔德和马赫等学者开始接受原子论，或至少是物质结构的粒子观。1909年，奥斯特瓦尔德在《普通化学概论》第四版的前言中，坦率地表白了自己接受原子自然存在的思想，承认经过众多学者的卓越研究，原子假说已上升为一种科学的基础理论，并且在介绍普通化学现状的教科书中能取得一席之地。然后他又作了补充说明：“在获得实验证据之前，对原子论的驳斥是完全正当的。因为从化学计量学的观点来看，原子理论仅仅是一个方便的表达式，如果没有原子概念的帮助，对实验事实的表示也可以做得同样好，甚至更好。”

到20世纪初，奥斯特瓦尔德反对原子论和坚持唯能论的观点已经越来越不得人心，科学家和哲学家（不管是唯心论者还是唯物论者）都反对他的唯能论，驳斥他的关于物质概念从属于能量概念的观点。尽管如此，我们仍要肯定奥斯特瓦尔德由唯能论派生出的两个推论，即把热力学第二定律阐述为不可能存在的第二类永动机，用吉布斯和亥姆霍兹自由能函数代替反应热来作为反应自发性的判据和体系平衡位置量度的理论都是正确的。

要全面了解奥斯特瓦尔德的唯能论，在这里必须讲一讲唯能论的敌对一方。原子论者虽然也意识到他们所捍卫的仅仅是一些模型，但他们正是为了这些模型的合法性而战。而且他们从一个更深的角度认识到如果只依靠观测到的数据，是不可能获得自然法则的，只有考虑到物质的成分，对几个有限的概念进行推导才能够得到它们。原子论者的领袖玻尔兹曼，曾与克劳休斯（R.J.E.Clausius, 1822－1888）、麦克斯韦一道开创了动力学理论。

尽管奥斯特瓦尔德与玻尔兹曼的学术观点上截然对立，辩论得不可开交，但他们却彼此敬重，而且私下里是很好的朋友。在莱比锡大学设置了理论化学的职位后，奥斯特瓦尔德非常大度地坚持这一职位的最佳人选是玻尔兹曼。于是，学生们常常看见这两位“敌对”学派的领袖在同一所大学、甚至同一个讨论会上肩并肩地讲课或者讨论他们的意见分歧，有趣的是他们的学生们也像他们一样互相争吵却又彼此友好。事实上，奥斯特瓦尔德是一个坚信“以斗争来解决”的人，在与玻尔兹曼的战斗中起初是奥斯特瓦尔德略占上峰，究其原因，一是由二人性格不同决定的，二是由于玻尔兹曼刚刚经历了一次精神抑郁期。

正如前面讲到的，奥斯特瓦尔德是一个伟大的斗士，他常常能促使一大批科学家情不自禁地走向他的某个目标。而玻尔兹曼正相反，虽然身材魁梧，一大蓬黑络腮胡令人畏惧，但实际上却温和而脆弱。奥斯特瓦尔德曾说“他不像是这个世界的人”，而他自己也说他是最不应该长着一蓬像莫扎特、席勒那样大胡子的人。这有两重含意，一是指音乐和诗歌对他这个纯科学的典型人物的生活有着巨大的影响，二是说他喜欢莫扎特和席勒而不喜欢贝多芬和歌德。其实，尽管他与莫扎特非常形似，但从内心经历来说，他更像著名的法国钢琴家皮尼奥（Pugno）。

尽管玻尔兹曼在写辩论文章时文笔犀利，但在面对面的论战时他实在不是一个好辩手，声音很弱很尖，与队友和敌手相比他的发言往往相形见绌。事实上他在莱比锡生活得很不愉快，也很想念家乡，常常会长时间地遥望他的出生地奥地利山脉，这一时期他的情绪坏到了极点，因此只在莱比锡待了两年就回奥地利担任维也纳大学的教授去了，4年以后便以自杀结束了一生。

当时没有人知道这样一位科学家为什么要结束自己成功的一生，但可以肯定这与他的科学地位不无关系。来到莱比锡后，他感到科学不是在朝着他毕生为之奋斗的方向上发展，他意识到自己的出类拔萃的位置正在为人所代替。他的自杀与拉瓦锡被砍头、迈尔（R.J.Mayer, 1814－1878）被送进精神病院、居里（P.Curie, 1859－1906）葬身于车轮下一样，是科学史上最惊人的事件。而更富有戏剧性的是，玻尔兹曼死在他的理论即将取得最后胜利的前夜，现代科学的发展很快就证实了他的想法。但奥斯特瓦尔德却亲眼看到了原子的真实存在。