鐘海琴

（太原師范學(xué)院 政法系，山西太原 030012）

玻耳茲曼對原子的辯護

鐘海琴

（太原師范學(xué)院 政法系，山西太原 030012）

玻耳茲曼卷入原子的爭論，使他從科學(xué)轉(zhuǎn)向哲學(xué)研究。他對原子辯護的核心思想是H定理涉及時間之矢和概率本性，是關(guān)于分子圖象和分布函數(shù)的可靠發(fā)現(xiàn)?；卮鹪拥拇嬖谛詥栴}要與原子論研究成果的表達(dá)相統(tǒng)一，科學(xué)成果解釋與機械實在論相一致。

玻耳茲曼;原子辯護;爭論

為科學(xué)真理或新思想或新學(xué)說辯護，是闡述科學(xué)實在論命題的一個關(guān)鍵問題，在物理學(xué)理論對科學(xué)事實不能作出明確解釋時，辯護必然在更大的程度上集中在科學(xué)家的修辭戰(zhàn)略方面，這種為科學(xué)而戰(zhàn)的內(nèi)史解釋說明爭論更合理。奧地利理論物理學(xué)家玻耳茲曼（L．E．Boltzmann，1844－1906）就有其鮮明的辯護特色。玻耳茲曼希望保留力學(xué)科學(xué)的客觀性、合理性、進步性等典型特性，而又不排斥原子假說帶來的可靠發(fā)現(xiàn)，這種辯護是連接19世紀(jì)和20世紀(jì)物理學(xué)的橋梁。它積累在玻耳茲曼的學(xué)養(yǎng)之中，蓄積在他心底，蘊含在他的科學(xué)成就之中，表現(xiàn)在他的言行之中。它也從一個角度體現(xiàn)了現(xiàn)代科學(xué)研究和科學(xué)進步的形式。本文試圖系統(tǒng)闡述玻耳茲曼對原子的辯護，目的有三：一是說明玻耳茲曼對原子的辯護其情可感，其志可嘉，其心胸可敬，其思想水平、理論水平也令人敬佩，他的辯護在理論物理學(xué)中與科學(xué)哲學(xué)中一樣重要。二是揭示科學(xué)論證和修辭藝術(shù)、科學(xué)發(fā)展、科學(xué)民主之間存在的必要張力，即沒有科學(xué)論證和修辭藝術(shù)就沒有科學(xué)發(fā)展，沒有科學(xué)民主就沒有真正的科學(xué)論證和修辭藝術(shù)。三是揭示新思想和新學(xué)說的潛科學(xué)發(fā)展的必然性。正如宇宙學(xué)家斯舍瑪（D．Sciama）所言，在科學(xué)中，在“爭論當(dāng)中”，當(dāng)“我們不知道最終的結(jié)果，必須依靠自己對事物合情合理的感覺來引導(dǎo)”時會求助于修辭論證，因為“最終，唯一的檢驗是誰的想法最優(yōu)秀的一個實際的檢驗?！保?］

一 與H定理質(zhì)疑者的辯護

玻耳茲曼對原子的辯護，在論戰(zhàn)場面上是一比多的，在論證方法上是多樣的，在論爭的側(cè)面上是復(fù)雜的。由此，從玻耳茲曼的論證中只看到演繹論證或歸納論證，就會丟失玻耳茲曼篤信原子的修辭論證這一關(guān)鍵部分。這部分主要涉及H定理、原子實在論。玻耳茲曼與這兩個主題相關(guān)的各派具有不同的世界觀、認(rèn)識論、邏輯學(xué)、價值觀。但圍繞這兩個主題的論戰(zhàn)雙方都突出了基本自然科學(xué)概念，這是辯護中克敵制勝的法寶，以歷史的世界觀的興趣作為說服規(guī)范的價值。

H定理的起點是分子圖象和分布函數(shù)，精確地描述歷史上玻耳茲曼為與這些有關(guān)原子的H定理的辯護過程不是件容易的事。玻耳茲曼為H定理的辯護明確地涉及著名的與洛希密脫（J．Loschmidt）關(guān)于反向性的爭論，與英國學(xué)者關(guān)于不可逆性的辯論，以及與策梅洛（E．Zermelo）關(guān)于可重復(fù)性的辯論。玻耳茲曼以H定理的不可逆性辯護為核心，表明了玻耳茲曼方程不可逆性的基本特征，揭示了玻耳茲曼原理的原子與熵和概率的本質(zhì)關(guān)系，首先改變了關(guān)于原子論爭整體討論的水平。批評者聚焦在玻耳茲曼H定理是對應(yīng)于熱力學(xué)第二定律的力學(xué)所需的聲言。玻耳茲曼的辯護盡管眾說紛紜，但更進一步地深化了他首倡的關(guān)于概率演化的認(rèn)識。這些成為他在1896－1898年的《氣體理論講義》著作中的經(jīng)典思想。

最復(fù)雜涉及玻耳茲曼所做的統(tǒng)計物理工作而對原子辯護的科學(xué)成就是玻耳茲曼1875年提出的H定理。H定理是著名的玻耳茲曼方程和碰撞數(shù)假設(shè)的演繹推論，這種用概率理論嚴(yán)格的、解析的推導(dǎo)定理被玻耳茲曼重新聲稱已經(jīng)得到和熱力學(xué)第二定律相對應(yīng)的一般性定理的基礎(chǔ)。在玻耳茲曼聲言這一點上，首先在1876年由于受到洛希密脫以“可逆佯謬”（也稱“不可逆佯謬”）為論據(jù)的批評而遭到強烈的異議。

洛希密脫是原子論者，也是玻耳茲曼維也納大學(xué)的恩師，之后的同事，一生的好友。可逆佯謬是1867年麥克斯韋（J．C．Maxwell）的設(shè)想，1874 年湯姆遜（W．Thomson）首先討論過，接著由洛希密脫1876年再次提出，引起玻耳茲曼的關(guān)注。

1876年，洛希密脫發(fā)表的關(guān)于可逆性佯謬的文章中主要指出：由單個粒子運動的可逆性如何會得出宏觀過程H函數(shù)單調(diào)增加的不可逆性這一結(jié)論?相應(yīng)的，反向性爭議就是H定理不可能是一個對所有氣態(tài)力學(xué)演化都通用的理論。

促使玻耳茲曼在科學(xué)辯護中嶄露頭角的是他1877年關(guān)于洛希密脫佯謬回答的論文。玻耳茲曼在文中對批評者洛希密脫不吝頌詞，如思考、道歉、歡迎、祝賀等，表達(dá)了他的心理狀態(tài)。論文內(nèi)容的核心是：玻耳茲曼對反向性爭議的回答不是很容易理解的，一定的氣體初態(tài)會導(dǎo)致在一段時間內(nèi)H函數(shù)的增加，因此違背了H定理。玻耳茲曼反證的關(guān)鍵是這樣的初態(tài)不可能發(fā)生，因此完全可以忽略掉。但是，仍然存在爭議的是：玻耳茲曼主張的到底是什么，玻耳茲曼是否成功地反駁了異議還在爭論中。玻耳茲曼答復(fù)所采用的難以驗證的假設(shè)目前在計算機實驗中得到了證實。

玻耳茲曼與英國物理學(xué)家們爭論是玻耳茲曼為H定理辯護的最重要的爭辯，使他回歸了不可逆性爭議。這些英國物理學(xué)家主要有泰特（P．G．Tait）、卡爾韋爾（E．P．Culvrwell）、伯巴利（S．H．Burbury）和布賴恩（G．H．Bryan）等。

玻耳茲曼第一次回到反向性爭議是1887年。玻耳茲曼探索了泰特和伯巴利之間關(guān)于兩種不同的氣體粒子達(dá)到平衡系統(tǒng)的討論。麥克斯韋的好友泰特提出反向性爭議來證明從任何趨于平衡的演化，通過速度反向構(gòu)造另一個離開平衡態(tài)的演化。在這一點上玻耳茲曼加入了討論，他并沒有因為概率為零而排除反向運動，而是辯稱它們遲早也會達(dá)到平衡態(tài)。這個對反向性爭議的回復(fù)與1877年關(guān)于洛希密脫佯謬回答的論文策略相比，先前的觀點是氣體系統(tǒng)因為H定理應(yīng)該趨于平衡，現(xiàn)在玻耳茲曼的觀點明顯地忽略了H是一個時間的函數(shù)，有獨立的原因來假設(shè)該系統(tǒng)接近平衡。玻耳茲曼的觀點可能完全正確，但是它們不是從H定理得到的，或忽略它的例外而得到的，而是強調(diào)了概率論的這一方面。

在回復(fù)泰特反向性異議7年后的1894年，玻耳茲曼在牛津大學(xué)參加了英國科學(xué)促進會（BAAS）會議，會議上關(guān)于H定理和不可逆性爭議的激烈氣氛給玻耳茲曼留下了深刻的印象。會后的1894－1895年，將近有半打的作者在《自然》雜志的物理專欄上進行了爭論，不可逆性問題被再次重新提出、爭議。

BAAS會議上，卡爾韋爾堅持問一個簡單的問題：“誰能精確地說明H定理證明了什么?”真正的關(guān)于反向性問題重新回歸的資料來源于伯巴利和布賴恩對卡爾韋爾的H定理邏輯性的回答。伯巴利認(rèn)為H定理是基于一個額外的與力學(xué)理論無關(guān)的分子混沌假設(shè)（SZA），反向運動是不滿足這個假設(shè)的，所以H定理是不適用的。他因此成功地闡明了反向性爭議和H定理的邏輯情況。

與伯巴利的貢獻(xiàn)相反，布賴恩在該爭論中成功地闡明了SZA。布賴恩第一個清楚地指出SZA本身在時間反演中并不是不變的。但布賴恩提出的時間反演假設(shè)需要假定分子擁有某種先見之明則難以令人信服。

最終玻耳茲曼自己在1895年介入了這場爭論。與其說這次玻耳茲曼選擇了與他在和洛希密脫的辯論中完全不同的反駁方式，不如說，玻耳茲曼發(fā)現(xiàn)他的支持者在英國，看起來使用了宣傳論證手段，實際上運用嘲笑的技巧，讓人不相信這些反對意見。

在1895年和1897年的關(guān)于H曲線的論文中，玻耳茲曼放棄了原先對于玻耳茲曼方程絕對化的論述，而更加強調(diào)概率論方面。他承認(rèn)20年前他與洛希密脫討論的同樣的問題再次成為關(guān)鍵。由概率論得出，如果初態(tài)不是特意為一個特定的目的而準(zhǔn)備的，而是自由隨機的，那么H減小的概率總是比它增加的概率大。

H定理不可逆性問題被普朗克（M．Plank）的助手、著名數(shù)學(xué)家策梅洛以更加尖銳的“循環(huán)佯謬”方式再次提了出來。這一佯謬是策梅洛1896年從彭加勒（H．Poincare）的循環(huán)定理（1892）或再現(xiàn)定理中引出的反論。策梅洛認(rèn)為，在熱力學(xué)系統(tǒng)中，奇異的初始條件能夠?qū)е缕胶庀喾矗瑪嘌缘诙墒菄?yán)格地經(jīng)過實驗導(dǎo)出，必須拋棄機械觀點。

玻耳茲曼首先對策梅洛的論斷作了反駁。再現(xiàn)佯謬也可以通過概率的分析解決，考慮復(fù)現(xiàn)時間的長短正是玻耳茲曼在答復(fù)中所作的以人為據(jù)的論證。從統(tǒng)計觀點看，一些特殊的初態(tài)循環(huán)是一種漲落，這種漲落出現(xiàn)的幾率很小，觀察到初態(tài)的復(fù)現(xiàn)時間無比長。玻耳茲曼對再現(xiàn)時間數(shù)據(jù)的難以想象的無比長描述為：具有1 018個粒子的氣體，再現(xiàn)時間用1 018位的數(shù)字表示;相比之下一個人能活1 018年，所有人壽命的總和用秒來表示，只不過需要50位的數(shù)據(jù)。因此從力學(xué)觀點并不能得出任何與實驗不一致的結(jié)果。

玻耳茲曼對策梅洛的論證方法也進行了反駁。他以彭加勒定理為依據(jù)，用熟悉的類比指出策梅洛的論證方法的荒謬和嘲笑。玻耳茲曼在肯定彭加勒定理的同時，指責(zé)策梅洛的推導(dǎo)是擲骰子的人抱怨說骰子是假的。玻耳茲曼的結(jié)論：彭加勒定理當(dāng)然不能應(yīng)用于我們可以觀察到的地面，因為這樣的物體并非全然孤立;同樣，它也不適應(yīng)于其他分子運動論所討論的完全孤立的氣體，如人們首先讓分子數(shù)是無窮的，然后又讓相繼的碰撞和觀察時間的時間微商趨于零的話。［2］177

策梅洛的反對觀點有著與洛希密脫完全不同的背景。像他的導(dǎo)師一樣，策梅洛不贊同熱現(xiàn)象的力學(xué)基礎(chǔ)。與彭加勒相似，策梅洛認(rèn)為物理學(xué)將在熱力學(xué)第二定律與自然的機械論的解釋之間做出抉擇，表示熱力學(xué)與動力學(xué)不能兼容。玻耳茲曼在1896年的論文中提出了一個謹(jǐn)慎而富有邏輯性的觀點，從而導(dǎo)致他陷入了熱力學(xué)第二定律和策梅洛理解的氣體理論不相符的困境，充滿了可能引發(fā)兩位作者敵對情緒的諷刺。同時，策梅洛的語氣也是相當(dāng)尖銳的，對氣體理論和統(tǒng)計物理堅持一種敏銳，這在后來使吉布斯的工作比玻耳茲曼的工作在德國更為人所知起了很重要的作用。

玻耳茲曼的統(tǒng)計物理從問世一直到今天，不斷有人提出批評，與他的辯護有關(guān)的尤為著名的是各態(tài)歷經(jīng)假說和H定理的地位。

二 與反原子實在論者的辯護

玻耳茲曼統(tǒng)計物理研究工作的根脈就是將力學(xué)運用于原子論，強調(diào)力學(xué)模型方法是當(dāng)時科學(xué)發(fā)展的最新智力工具。根據(jù)與反原子實在論者辯護的核心，分為為原子實在論辯護和為力學(xué)－原子論辯護。［3］前者主要在玻耳茲曼與馬赫（E．Mach）之間，后者是在玻耳茲曼與奧斯特瓦爾德（F．W．Ostwald）之間。

玻耳茲曼的原子實在論辯護是以馬赫的1897年“我不相信原子的存在”哲學(xué)宣言為由而達(dá)到高潮。馬赫派的實證論者對原子論的批判是爭議的焦點：一層是基于他的感覺要素一元論的哲學(xué)否認(rèn)原子的客觀存在，另一層是基于他對于科學(xué)的目的和方法的科學(xué)觀批判原子論。對此，玻耳茲曼在辯護中主要使用了實用論證、類比論證、荒謬與嘲笑等修辭手段。

1902年，玻耳茲曼的好友、對手，維也納大學(xué)哲學(xué)教授、實證論的代表人物馬赫從心理學(xué)研究視角反思了物理學(xué)的發(fā)展，由早年的原子論者轉(zhuǎn)變?yōu)楹髞淼姆丛訉嵲谡撜摺?883年《力學(xué)史評》是馬赫系統(tǒng)批判牛頓力學(xué)體系的著作，書中強調(diào)，力學(xué)原理盡管在一些領(lǐng)域是有效的，但決不能把它們推廣到經(jīng)驗界限之外。馬赫由對原子論的贊成到否認(rèn)，是與他的自然觀的轉(zhuǎn)變密切相關(guān)的。1886年他在《感覺的分析》一書中，他以“感覺要素一元論”，以物是感覺的復(fù)合體為核心闡述了實證論的哲學(xué)思想。

玻耳茲曼在1886年關(guān)于第二定律的講演中，借助原子假說及其科學(xué)預(yù)先計算出氣體的粘滯性、熱傳導(dǎo)和擴散系數(shù)，認(rèn)為這與勒維烈（U．Leverrier）確定海王星存在的計算，或哈密頓對于錐形折射的預(yù)言可以相提并論，推出原子存在。

馬赫認(rèn)為所有科學(xué)的目標(biāo)都為經(jīng)濟而努力。玻耳茲曼在1892年發(fā)表的論文《論理論物理學(xué)的方法》中用反例論證指出，當(dāng)研究固定星體的距離、運動、大小和物理化學(xué)過程時，或發(fā)明顯微鏡及用它來發(fā)現(xiàn)病菌時，很難說這僅僅是為了經(jīng)濟目標(biāo)。

除了類比論證和反例論證之外，玻耳茲曼還采用實用論證擁護原子論。理由是原子論真理性的推論證據(jù)（presumptive evidence）。玻耳茲曼在科學(xué)假說的邏輯證明中所運用的推理前提是通過經(jīng)驗的無錯性來論證理論知識的客觀性，他將數(shù)學(xué)思維和物理實驗、觀測和知識在最起碼的意義上密切結(jié)合，使實驗事實、觀察內(nèi)容、理論的邏輯和對象知識的客觀性一體化。

馬赫認(rèn)為，原子的實用論證是靠不住的，因為在物理學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域，有非原子論的理論（如熱力學(xué)理論）也符合事實。馬赫認(rèn)為科學(xué)理論必須滿足兩個條件：它能夠精確地解釋事實，它應(yīng)該具有內(nèi)在一致性。在原則上有許多不同的關(guān)于世界的理論或概念，它們都能滿足這兩個條件，沒有絕對正確的理論。不同的概念能夠以同樣的精確性表示觀察領(lǐng)域的事實，原子論者的推論證據(jù)是站不住腳的。

玻耳茲曼同馬赫之間的爭論在他們成為同事之后達(dá)到了高峰。這也使他們之間的異議由間接的通信表達(dá)方式變?yōu)槊鎸γ娴闹苯淤|(zhì)問。在當(dāng)時，馬赫開設(shè)的“歸納科學(xué)的歷史與哲學(xué)”講座吸引了大批優(yōu)秀的數(shù)學(xué)與物理學(xué)專業(yè)的學(xué)生和一些哲學(xué)愛好者，其中包括玻耳茲曼的學(xué)生。由于受馬赫思想的影響，大多數(shù)學(xué)生僅僅選擇玻耳茲曼為第二指導(dǎo)老師，不像玻耳茲曼在格拉茨和慕尼黑那樣，學(xué)生爭著拜他為第一導(dǎo)師。這種精神壓抑無疑深深地刺痛了玻耳茲曼的自尊心。

馬赫堅決反對把原子看作本體論意義上的實在，也是馬赫對原子論態(tài)度轉(zhuǎn)變中的不變。1897年，玻耳茲曼接連發(fā)表了兩篇文章《論原子論在科學(xué)中的不可缺少性》和《再論原子論》，駁斥馬赫對原子理論的反對，為原子的真實存在辯護。然而，在1897年2月維也納的皇家科學(xué)會上，馬赫在一群關(guān)于原子論的爭論學(xué)者中說：“我不相信原子的存在”。玻耳茲曼和馬赫之間的發(fā)文或回應(yīng)，日益帶有修辭戰(zhàn)略。

馬赫反對原子的粒子性觀點。玻耳茲曼無疑支持并提升了這個觀點。玻耳茲曼并不像一般的文獻(xiàn)中所描述的那樣是一個無知的現(xiàn)實主義者或一個無所謂的堅信者。玻耳茲曼從19世紀(jì)80年代起就一直強調(diào)原子觀點充其量能夠提供實際情況的一個比喻，或者一個圖像，一個模型。在他和馬赫的爭論中，他支持這個觀點來作為研究氣體熱運動的一種有用且實際的方法。這表明他與馬赫在科學(xué)的目標(biāo)上是相符的。使他們觀點不一致的更多的是戰(zhàn)略觀的問題。玻耳茲曼認(rèn)為在自然科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)沒有一個完全脫離假設(shè)的理論會成功。同樣的，他認(rèn)為那些反對原子假設(shè)而支持物質(zhì)是連續(xù)的人也會為沒有采用假設(shè)而犯錯。最終選擇哪種觀點取決于它們是否成效顯著，在這里玻耳茲曼毫無疑問地相信原子假設(shè)將獲得成功。

玻耳茲曼為了證明他的原子實在論有道理，針對馬赫“感覺的分析”和“力學(xué)史評”必須詳盡地闡述關(guān)于生命的起源與思想和感覺現(xiàn)象之間的關(guān)系，簡言之，一種認(rèn)識論和一種進化人類學(xué)，玻耳茲曼抓住認(rèn)識系統(tǒng)中認(rèn)識主體與認(rèn)識中介對認(rèn)識對象在觀念上、形式上和規(guī)則上的適應(yīng)性，強調(diào)唯物主義的科學(xué)實在性，認(rèn)為物理理論是客觀世界的圖象或模型。在模型的條件范圍內(nèi)，物理概念的本體能找到對應(yīng)的數(shù)學(xué)形式，復(fù)雜的數(shù)學(xué)方程是物理規(guī)律的直接體現(xiàn)。對原子論最強烈的質(zhì)疑之一是觀察不到原子。玻耳茲曼論證一條發(fā)展研究的路線，他表明：如果無法最終證明你的異議，那么，你就接受我的主張。玻耳茲曼講到，在現(xiàn)實中，原子論吸引人們懷著未來獲益的期望，而把目前的困難擱置，請求對該理論產(chǎn)生嚴(yán)重懷疑的學(xué)者相信未來證明的結(jié)果。這一論證帶有訴諸無知的論證。

在以上基礎(chǔ)上，1903年，馬赫在沒有絕對正確的理論根據(jù)的情況下，利用感覺分析作為其陳述的依據(jù)。玻耳茲曼根據(jù)馬赫的沒有絕對正確的理論的結(jié)論，得出也很少有絕對錯誤的理論的結(jié)論，認(rèn)為理論的完善如同達(dá)爾文的進化理論，原子論就是這樣的理論。玻耳茲曼的論證沒有肯定地證明“我相信原子的存在”，但是，它往往使他的對話者相信，這種證明標(biāo)準(zhǔn)是有效的，因為這位對話者（或他認(rèn)可的權(quán)威人士）公開承認(rèn)這一標(biāo)準(zhǔn)。

總之，玻耳茲曼站在馬赫訴諸經(jīng)驗主義、訴諸本體論的簡單性、訴諸科學(xué)目的和實踐等針鋒相對的立場，指出相對獨立的理論發(fā)展的重大意義和哲學(xué)對理論進步的作用，指出實證主義中存在著對物理學(xué)發(fā)展的危害。玻耳茲曼還曾多處引用歌德（W．Goethe）、席勒（F．Schiller）等人的話來證實他的觀點。

晚年的玻耳茲曼學(xué)術(shù)之火頗旺。這種爭論情形進行到玻耳茲曼自殺為止。在一定程度上，這種科學(xué)爭論就是一種奉獻(xiàn)的科學(xué)精神。

1908年，佩蘭（J．B．Perrin）出色的實驗證實了分子的實在性。此后，尤其是1910年后，馬赫對原子理論功效的估計發(fā)生了重大變化，他在新著作中再也沒有出現(xiàn)過否定原子論的言論，并多次談到原子理論的經(jīng)濟性。

三 與反力學(xué)－原子論者的辯護

玻耳茲曼的力學(xué)－原子論辯護是從與以馬赫哲學(xué)為附隨平臺的唯能論代表奧斯特瓦爾德和斗士黑爾姆于1895年開始完全公開化的爭論開始的。以奧斯特瓦爾德為代表的唯能論者對原子論的批駁是話中有話：其一是批判一切自然現(xiàn)象最終都應(yīng)當(dāng)用原子的機械運動來說明的機械自然觀;其二是提出能量而非原子唯一實在的唯能論的自然觀。玻耳茲曼的原子論在以原子論或氣體分子運動論為開端的自然科學(xué)成果的基礎(chǔ)上，強調(diào)原子論能夠說明許多現(xiàn)象，說明唯能論所遺漏的許多細(xì)節(jié)。某些有附隨現(xiàn)象主義傾向的奧斯特瓦爾德辯解在辯護中起到修辭的效果。

玻耳茲曼與他的好友、科學(xué)上的對手、萊比錫的同事和唯能論的首要人物奧斯特瓦爾德關(guān)于原子論的爭論一直非常激烈的。1895年，物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)年會在呂貝克召開自然科學(xué)研究會議，會議專門設(shè)立了關(guān)于唯能論的專題。黑爾姆（G．F．Helm）受邀做完報告之后，在作為會議組委會委員的玻耳茲曼建議下，奧斯特瓦爾德也發(fā)表了演講。

與黑爾姆和奧斯特瓦爾德期望他們有機會在一種思想開放的氣氛中討論他們關(guān)于唯能論的觀點相反，在會上，玻耳茲曼猛烈的批評使他們感到吃驚。毋庸置疑，玻耳茲曼和奧斯特瓦爾德依舊是好朋友，1902年奧斯特瓦爾德費了很大力氣說服了萊比錫大學(xué)聘用玻耳茲曼。

奧斯特瓦爾德在大會上，正式宣稱要脫離原子論陣營，并在另起爐灶的能量學(xué)和唯能論的研究基礎(chǔ)上，發(fā)表了“克服科學(xué)中的唯物論”的講演。奧斯特瓦爾德講演的核心是用唯能論的自然觀代替機械論的自然觀，駁斥機械自然觀的根據(jù)：力學(xué)定律和熱力學(xué)第二定律的異質(zhì)性（熱力學(xué)第二定律的不可逆性和力學(xué)定律的可逆性之間的矛盾），用能量概念來使定律形式化。原子、分子只是難以置信的數(shù)學(xué)虛構(gòu)，不是物質(zhì)，唯有能量才是客觀實在。駁斥了機械自然觀為目的和核心的觀點，其中蘊含了駁斥原子的客觀實質(zhì)性。

玻耳茲曼當(dāng)場從以人為據(jù)的修辭學(xué)維度對其否定機械自然觀的觀點進行了反駁。玻耳茲曼針對奧斯特瓦爾德否定機械自然觀的主要論據(jù)駁斥道：“奧斯特瓦爾德否定力學(xué)定律與熱力學(xué)第二定律基本的思路是：用微分方程決定力學(xué)過程不充分，人們應(yīng)該考慮到用初始條件來決定。假如世界從我們稱之為幾率小的某一初始狀態(tài)出發(fā)，那么機械自然觀對能量的散逸提供了極好的描述。這與奧斯特瓦爾德恰好得出相反的結(jié)論，事實上，我覺得正是機械自然觀的輝煌證實。”［4］

修辭在玻耳茲曼的論辯中發(fā)揮了重要作用。1895年的呂貝克自然科學(xué)討論對當(dāng)時年輕的理論物理學(xué)家索末菲留下了深刻印象：玻耳茲曼與奧斯特瓦爾德之間仿佛是一頭雄牛與靈巧劍手之間的一場決斗。但是這一次，盡管劍手的技藝高超，最后還是雄牛壓倒了斗牛士。玻耳茲曼的論點贏得了勝利，代表了我們這些年輕的數(shù)學(xué)家。

會后，以玻耳茲曼為一方，以奧斯特瓦爾德為另一方，許多科學(xué)家都卷入這場大論戰(zhàn)之中。這場論戰(zhàn)持續(xù)時間之久（十余年），參與人數(shù)之多，爭論之激烈，在科學(xué)史上都是赫赫有名的，成為玻耳茲曼科學(xué)論爭的最主要和最激烈的一場。

奧斯特瓦爾德早先曾接受原子論，后來卻轉(zhuǎn)而致力于能量學(xué)研究和發(fā)展唯能論。在新的觀點中，奧斯特瓦爾德認(rèn)為能量是唯一真實的實在，物質(zhì)不是能量的負(fù)荷者，恰恰相反，它只不過是在同一地點同時找到的能量的復(fù)合。他堅持認(rèn)為，能量學(xué)原理與分子運動論相比，能為化學(xué)和科學(xué)提供一個更為堅實、更為明確的基礎(chǔ)。進而他宣稱，物質(zhì)概念是多余的，現(xiàn)象能夠用能量及其轉(zhuǎn)化來滿意地加以解釋。作為唯能論者，他試圖僅僅借助于純粹能量概念去理解所有的物理過程。

與奧斯特瓦爾德的主張相比，在玻耳茲曼看來，原子論才是所有力學(xué)現(xiàn)象的完全合適的圖象，眾多的物理現(xiàn)象都適用于這一框架。玻耳茲曼以1895年“克服科學(xué)的唯物論”和1896年“論唯能論的數(shù)學(xué)語言”為題系統(tǒng)地批駁了唯能論的觀點。主要采取了兩種修辭技巧：第一，玻耳茲曼在文章中運用嘲笑的技巧，撇開奧斯特瓦爾德模棱兩可的哲學(xué)問題，采取置之不理的態(tài)度，讓人們不要去相信這種反對意見。如“物質(zhì)現(xiàn)實存在著，還是能量現(xiàn)實存在著，這種爭論又使我們回到了正在排除出去的古老的形而上學(xué)中去?！保?899年）第二，用訴諸感情的論證。一方面沿著以人為據(jù)的思路，玻耳茲曼對奧斯特瓦爾德的能量實在觀進行了反駁。玻耳茲曼針對唯能論者在自然科學(xué)上的錯誤，依據(jù)唯能論者宣稱的用能量構(gòu)造力學(xué)，進而構(gòu)造自然科學(xué)體系的方式，直指黑爾姆和奧斯特瓦爾德在力學(xué)和熱力學(xué)中的混亂和錯誤的推導(dǎo)。另一方面，玻耳茲曼一再堅持反駁說，用能量概念構(gòu)造力學(xué)，并進而構(gòu)造自然科學(xué)體系的做法孕育著許多困難。正如他在自己的著作《力學(xué)原理》開篇時的深情告白：“不懈地探求真理;表達(dá)它力求清晰;捍衛(wèi)它直到生命的最后一息!”［2］64

雖然玻耳茲曼和奧斯特瓦爾德在科學(xué)內(nèi)史方面進行激烈的爭論，但是在萊比錫大學(xué)，他們兩人朝夕相處，使已有的觀念分歧更加明顯，學(xué)術(shù)爭論的殘酷性終于導(dǎo)致雙方都患有精神抑郁癥。得不到同行的支持，成為玻耳茲曼最大的心理障礙。

到19世紀(jì)末20世紀(jì)初，物理學(xué)中出現(xiàn)了X射線、電子和放射性三大發(fā)現(xiàn)，玻耳茲曼對機械自然觀的態(tài)度發(fā)生了演變。玻耳茲曼堅持唯理論的實在論是立新的基礎(chǔ)，對機械自然觀有否定但基本上支持。

此后，玻耳茲曼更多采用宣傳論證的方法為原子論辯護。這種很堅定很直白的宣傳如他在1904年所寫：“我原以為數(shù)百年甚至數(shù)千年之后才能發(fā)生的事情，其中一半在7年之內(nèi)發(fā)生了。自然的非力學(xué)解釋，其希望之光不是來自唯能論或現(xiàn)象論，而是來自原子論和現(xiàn)代電子理論”。［5］

實際策略畢竟不是文化想象。有時對手的觀點混亂回答，使玻耳茲曼不免停留在澄清和說明的慣常的所謂論爭的地平線上。有時他的論述，就像講課一樣，有意無意之間，把自己的方法和心情都寫了出來，如：“我意識到我只是一個軟弱無力地與時代潮流抗?fàn)幍膫€人，但仍在我力所能及的范圍內(nèi)為這方面做出一些貢獻(xiàn)，使得一旦氣體理論復(fù)蘇之后，不需要重新發(fā)現(xiàn)許多東西?！?/p>

持續(xù)到玻耳茲曼自殺為止的與奧斯特瓦爾德之間的爭論與玻耳茲曼與馬赫的爭論相比，在佩蘭實驗之后，奧斯特瓦爾德承認(rèn)了自己反原子論的錯誤，但并沒有放棄唯能論的立場。

四 結(jié)論

綜上所述，玻耳茲曼是一位篤信原子的人。玻耳茲曼無可奈何卷入了統(tǒng)計物理的研究成果合理解釋的激烈爭論中，既不簡單附和他人的觀點，也從不放棄聲明自己的觀點。通過辯護對玻耳茲曼與他同時代人的思想作了比較，特別是與反原子實在論者馬赫和奧斯特瓦爾德的科學(xué)哲學(xué)思想作了比較，印證了玻耳茲曼為科學(xué)而辯護的修辭學(xué)維度。玻耳茲曼把原子假設(shè)歸因于明確的擬真度，批評或質(zhì)疑相競爭的假設(shè)，駁斥對假設(shè)提出的異議。他的辯護不僅普及科學(xué)知識，光大科學(xué)精神，體現(xiàn)科學(xué)勇氣，充滿了哲理，其本身就是極有價值的潛科學(xué)或修辭學(xué)研究成果。更進一步講，就玻耳茲曼與他的對手們而言，統(tǒng)一的科學(xué)世界觀基礎(chǔ)，并沒有使圍繞著原子有一定影響的科學(xué)思想的科學(xué)爭論成為多余，相反倒是促成了這類爭論。

特別是玻耳茲曼與對原子理論有強烈敵意并公開反對原子的著名的實證論領(lǐng)袖馬赫和唯能論的代表奧斯特瓦爾德作師生、同事和朋友，將原子論篤信到底，擔(dān)當(dāng)一名令眾多科學(xué)家或哲學(xué)家批判的原子論“明星”。這與伽利略為日心說的“修辭之花”和達(dá)爾文為進化論的“一項長期論證”相類似，玻耳茲曼的思想被這批具有批判精神的哲人科學(xué)家的主流觀念所擠壓。他們彼此相逢、彼此相知和彼此注目，各自言之鑿鑿、各爭上游，互不相讓。玻耳茲曼心中留下了與馬赫和奧斯特瓦爾德爭論的影子。學(xué)術(shù)矛盾造成痛苦，痛苦難以釋懷，學(xué)術(shù)遭到挫折時的論戰(zhàn)、表白、聲辯、檢討，反思彼此立論的是非曲直，爭論之激烈、情緒之激昂，讓人嘆為觀止。

［1］［意］馬爾切洛·佩拉．科學(xué)之話語［M］．成素梅，李洪強，譯．上海：上?？萍冀逃霭嫔?，2006：98．

［2］［意］卡羅·切爾奇納尼．玻爾茲曼——篤信原子的人［M］．胡新和，譯．上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2002．

［3］［日］杉山滋郎．十九世紀(jì)末的原子論爭和機械自然觀——兼對舊說再次進行研討［J］．科學(xué)與哲學(xué)研究資料，1982（6）：176－187．

［4］Blackmore J．Ludwig Boltzmann His Later Life and Philosophy，1900 － 1906．Book Two：The Philosopher［M］．Dordrecht Boston：Kluwer Academic Publisher，1995：112 － 113．

［5］ArthurI．Miller．Imagery in Scientific Thought Creating 20 th Century Physics［M］．Boston：Bironsides，1985：87．

（責(zé)任編輯 魏曉虹）

Boltzmann’s Defense of Atom

ZHONG Hai－qin
（Department of Poltics and Law，Taiyuan Normal College，Taiyuan030012，China）

Boltzmann was involved in atomic disputes，which made his study switch from science to philosophy．The kernel thoughts of his defense of atom is that H－theory involving the vector of time and the nature of probability is the reliable findings that molecular picture and distribution function produced．The answer to the problem of existence of atoms is expected to be integrated with the statement of the physical achievements in the studies of atomic theory and the explanation of the scientific accomplishments is supposed to be consistent with the mechanical realism．

Boltzmann;atomic defense;disputes

N02

A

1000－5935（2011）05－0019－05

2011－06－10

山西省軟科學(xué)研究計劃項目：“玻耳茲曼的科學(xué)哲學(xué)思想研究及對我省人才培養(yǎng)的啟示”（2011041051－02）

鐘海琴（1966－），女，陜西子洲人，哲學(xué)博士，太原師范學(xué)院政法系副教授，主要從事科學(xué)技術(shù)哲學(xué)研究。