彭加勒与物理学危机.docx

彭加勒与物理学危机内容提要19世纪末和20世纪初，接踵而至的一系列新实验事实与经典物理学理论发生了不可调和的矛盾，动摇了整个物理学理论的基础，导致了物理学危机。当时老一辈的物理学家囿于机械论的自然观，看不清物理学发展的形势，只是企图在旧理论的框架内进行修补，找不到摆脱危机的出路。在当时着名的科学家当中，对物理学发展形势看得最为清楚的是法国数学家彭加勒。他于1905年明确提出了物理学危机，并对它进行了系统的分析和论述。他认为，物理学危机是好事而不是坏事，它预示着一种行将到来的变革， 是物理学进入新阶段的前兆。他正确地指出，要摆脱危机，就要在新实验事实的基础上重新改造物理学，使力学让位于一个更为广泛的概念。他一再肯定经典理论的固有价值，尖锐地批判了“科学破产”的错误观点。他还预见了新力学的大致图景，对科学的前途满怀信心。彭加勒之所以对物理学危机持有基本正确的见解，除了他对物理学的历史和现状有清晰的了解外，也和他的哲学思想中的某些积极因素有关。虽然他的哲学前提是唯心主义的，但他的有关论述也确实有值得我们借鉴和吸取之处。本文扼要地列举、分析了彭加勒的一些富有启发性的科学哲学思想，认为在哲学上也不能对他采取全盘否定的态度。即使在今天看来，彭加勒对物理学危机的看法也是符合当时的历史事实和科学发展规律的。可是，长期以来，他的基本观点却普遍受到人们的误解和曲解。在苏联和我国出版的有关自然辩证法的论着中，彭加勒竟被描绘成在现代科学史上兴风作浪的反面人物。究其原因，在于人们把唯物主义和经验批判主义中所引用的彭加勒关于物理学危机的论述的片言只语作为自己的全部论据，并且漫无边际地加以“引申”和“发挥”。事实上，唯物主义和经验批判主义中的有关引文并没有全面反映彭加勒关于物理学危机的基本观点。为了恢复历史的本来面目，进一步端正我们的学风，本文试图从当时的历史背景和彭加勒的原着出发，对这个问题进行了必要的澄清。本文也分析了物理学危机的实质，认为物理学危机主要是物理学本身的危机，这是根本的一面；危机在哲学方面的表现则是由物理学本身的危机派生出来的。断言危机不是发生在物理学问题上，仅仅发生在哲学问题上，以及在哲学方面只强调唯物主义被唯心主义和不可知论代替所引起的危机，而忽略机械观面临的全线崩溃的危机，都是过于片面的。目 录一、 物理学危机的产生二、 物理学家对危机的反应三、 彭加勒关于物理学危机的基本观点四、 一些颇为流行的误传和谬说五、 对唯物主义和经验批判主义一书有关论述的分析六、 为什么彭加勒对物理学危机会持有基本正确的见解七、物理学危机的实质19世纪末20世纪初，在物理学领域内，一系列新的实验事实与经典理论发生了不可调和的矛盾，暴露了经典概念之间的裂痕，从而严重地动摇了整个物理学的基础，导致了物理学危机。彭加勒(HPoincar，18541912)在本世纪伊始第一个明确指出了物理学危机，并对它进行了全面的分析和论述。即使在今天看来，彭加勒的看法也基本上是符合当时的历史事实和物理学发展的规律的。可是，长期以来，他的基本观点却受到普遍的误解和曲解。尤其是，在前苏联和中国内地出版的唯物主义和经验批判主义学习辅导材料以及有关的哲学和自然辩证法论着中，彭加勒竟被描绘成一个信口开河、胡言乱语、无中生有的反派角色，背上了破坏物理学革命的罪魁祸首的恶名。这个问题实有澄清之必要。一、物理学危机的产生1687年，牛顿( I. Newton，16421727)出版了他的名着自然哲学的数学原理。牛顿在他的这部巨着中，把伽利略(G. Galilei, 15641642)所揭示的“地上的”物体运动规律与开普勒(J. Kepler，15711630)所揭示的“天上的”星球运动规律统一起来，建立了牛顿力学。牛顿力学以其理论体系之完美和实用威力之强大，在人类认识自然界的历史上开创了一个新的时期。正如爱因斯坦所说：“在牛顿以前，并没有一个关于物理因果性的完整体系，能够表示经验世界的任何深刻特征。”牛顿力学的巨大成就，对后来物理学家的思想和研究方向产生了决定性的影响。牛顿力学被顺利地由质点推广到刚体和流体，并逐渐发展成为严密的解析形式，而且光学、热学、电磁学也于19世纪先后在牛顿力学的理论框架的基础上确立起来。现实情况使得物理学家们深信，宇宙中所发生的一切自然现象都能够用力学来描述，只要给出系统的初始条件，就可以毫无遗漏地把握过去，预见未来。这样，牛顿力学被视为科学解释的最高权威和最后标准。而且早在18世纪，就流行着想把一切都归结为力学运动的狂热。甚至直到19世纪末，力学自然观在物理学家中间还处于支配的地位。例如开耳芬勋爵(Lord Kelvin，即WilliamThomson，18241907)在1884年宣称：“在我没有给一种事物建立起一个力学模型之前，我是永远也不会满足的。如果我能够成功地建立起一个模型，我就能理解它，否则找就不能理解。” 汤姆逊(J. JThomson, 1856 1940)的言论代表了一代物理学家的思想。他在1888年说；“一切物理现象都能够从力学的角度来说明，这是一条公理，整个物理学就建造在这条公理之上。” 1894年，赫兹甚至在批评牛顿力学有关基本慨念的着作中还坚持认为：“把一切自然现象还原为简单的力学定律是物理学的课题，在这一点上，所有的物理学家都是一致的。”的确，自1687年以来，物理学200年间基本上是在牛顿所提出的理论框架内发展起来的，到19世纪后期，已经形成了经典物理学的严整理论体系，几乎能说明所有已知的物理现象当时，许多物理学家踌躇满志，他们以为宇宙秘居扃，无不尽辟，后人只要继守先人之遗业，稍加雕饰就可以了。80年代初，当普朗克(M. Planck，18591947)表示决心献身理论物理学时，他的老师、着名的德国实验物理学家约利(P. von Jolly, 18091884)规劝他说：“年轻人你为什么要断送自己的前途呢? 要知道，理论物理学已经终结，微分方程已经确立，它的解法已经制定，可供计算的只是个别特殊的情况可是，把自己的一生献给这一事业，值得吗?” l894年，另一位未来的着名物理学家密立根(R. AMillikan，18681953)也受到类似的忠告。当时与他同宿舍的从事社会学和政治学研究的同学告诉他：“物理学已经僵死了”，“没有搞头了”，希望他能转到社会科学这一“新颖的”、“活生生的”领域。 迈克耳逊(A. A. Michelson 18521931)在1894年的演说中甚至公开宣称：“未来的物理学真理将不得不在小数点后第六位中去寻找。”据说，这句话大概是开耳芬勋爵早先讲过的。正当物理学家怡然自得之时，一些实验事实却在他们心头暗暗地投下了阴影。1887年，迈克耳逊和奠雷(E. M. Morley，18361923)通过精密的实验，发现在地球和以太之间并没有显着的相对运动，从而否定了较为流行的菲涅耳(AJFresnel，17881827)的静止以太说。” 但是，静止以太说不仅为电磁理论所要求而且也受到早先的光行差现象和菲索(AFizeau，18191896)实验的支持。这样，作为光现象和电磁现象传播媒质的以太这一力学模型在性质上就难以自圆其说，光学和电磁学的力学基础于是面临着动摇的危险。为了摆脱困境，斐兹杰惹(G. F. Fitzgerald，18511901) 和洛伦兹分别于1889年和1892年提出了收缩假设。根据这假设，物体在运动方向的缩短恰恰抵消了地球相对以太运动时所引起的干涉条纹的位移。洛伦兹认为，这种收缩是一种真实的动力学效应。因此，物体在运动时，它的密度就会因方向而异，透明体理应显示出双折射现象。可是，瑞利勋爵(Lord Rayleigh，1842 1919)1902年做了实验，并未发现预期的结果。经典理论所无法解释的新的实验事实，即所谓的反常现象接踵而至，气体比热的实验结果也与能量均分定理发生了尖锐的冲突。19世纪中叶，玻耳兹曼(L. Boltzmann，1844 1906)和麦克斯韦提出的能量均分定理能够解释许多现象.对于常温下的一般固体和单原子气体的比热，也能给出比较满意的答案，但是对于双原子和多原子气体，实测的定压热容量与定容热容量之比显着地大于理论计算值。连吉布斯(J. W. Gibbs，1839 1903) 也不得不承认：“众所周知，理论要求双原子气体每个分子有六个自由度，在我们的比热实验中，我们发现不能多于五个。的确，人们正在一个不牢靠的基础上进行建设。” 在19世纪最后10年，开耳芬、瑞利、彭加勒等人都对这个课题进行过细致的分析。但是，总的说来，当时的物理学家并没有充分认识到这些实验事实的巨大意义就连迈克耳逊本人对自己的实验结果也大失所望，他称自己的实验是一次“失败”，以致放弃了原订的计划，不愿再进行长期观察了。他觉得自己的实验之所以在历史上有意义，是因为设计了个精密的干涉仪。 其他人对这个实验也感到迷惑不解和郁郁不乐。洛伦兹1892年在给瑞利的信中说：“我现在简直不知道怎样才能摆脱这个矛盾。不过我仍然相信，如果我们不得不抛弃菲涅耳的理论，我们就根本不会有一个合适的理论了。”洛伦兹疑虑重重地问道：“在迈克耳逊先生的实验中，会存在一些迄今仍被看漏的地方吗?” 在相当长一段时间内，人们对气体比热的反常现象也茫然无措。瑞利这位经典理论的坚定信奉者在1900年虽然认为，人们所而临的基本困难“不仅仅与气体运动论有关，而且确切地讲，涉及一般动力学”，它破坏了根据能量均分定理进行“计算的简单性”。然而，瑞利却坚持认为：“似乎所希望的东西就是避免破坏关于能量均分这一普遍结论的简单性。” 开耳芬勋爵1900年4月27日在英国皇家学会的讲演中，曾称上述两个疑难为“在热和光的动力理论上空的19世纪的乌云” 。开耳芬毕竟把物理学的天空看得过于晴朗了。其实，当时物理学的天空井非只有“两朵乌云”，早在他讲演之前，就已经“黑云压城城欲摧”，“山雨欲来风满楼”了! 事实上，在19世纪末，光电效应、黑体辐射、原子光谱等实验事实也接二连三地和经典物理学理论发生了严重的对立，实际情况比我们所述的还要广泛，还要深刻。物理学危机可以说是从1895年之后真正开始的。特别是由于放射性的发现和研究，有力地冲击了原子不可分、质量不可变的传统物质观念，摇撼了经典物理学的基础。就连那些顽固坚持旧观点的人，也无法反对大量确凿的实验证据，至多只能抱一种走着瞧的态度。1895年1月8日到12月28日，伦琴(W. K. Rtgen，18451923) 在德国维尔茨堡大学实验室研究阴极射线时发现了X射线。这种射线具有惊人的穿透能力。伦琴断定：“X射线和阴极射线不是一种东西，X射线是由阴极射线引起的，是在放电装置的玻璃管壁上发生的。” 由于这种实验装置当时在欧美各国百余处都是现成的，加之X射线又具有奇异的性质和医疗上的价值，因此伦琴的发现不仅引起了惊讶，而且产生了轰动。美国报纸报道了这一发现的急电后，在短短的48小时内，至少就有六个X射线装置在各处实验室内安置起来。在伦琴公布其发现的头一年内(1896年)，在世界至少制造了32种不同型号的伦琴管，西方国家还接纳了一整批专利。而且，以X射线为内容的小册子不下50种论文超过1000篇。 一种新发现能够引起如此迅速而强烈的反响，在科学史上实属罕见。X射线的发现，打开了一个奇妙的新世界。随后，一系列冲击经典物理学理论基础的新发现纷至沓来。贝克勒尔在彭加勒的建议下，着手研究这个课题。他于1896年3月1日意外地发现，放在铀盐下的没有曝光的照像底片异乎寻常地发黑。起先，他以为这是在磷光现象中产生不可见射线的寿命要比物质发出磷光寿命长的缘故，直到5月，他才清楚，铀的存在是产生这种射线的主要因素。紧接着在1897年，英国的J. J. 汤姆逊和荷兰的塞曼 (P. Zeeman，18651943) 各自证实了电子的存在。这年4月30日，汤姆逊在英国皇家学会宣布：阴极射线是由比原子小的带电粒子组成的。他用两种方法 (量热法和电磁偏转法)测定了阴极射线的荷质比，其值远比离子的荷质比小。汤姆逊根据阴极射线的平均自由程断定，这只可能是由于阴极射线粒子的质量比普通分子的质量小得多的缘故。他明确指出：“在阴极射线中，物质以某种新的状态存在着”，“处于这种状态的粒子就是构成一切化学元素的材料”。 塞曼在洛伦兹的指导下，根据他1896年发现的塞曼效应，也于1897年报告了他的测量和计算值。 后来，汤姆逊采纳了斯托尼(G. J. Stoney，18261911) 1874年提出的建议，把这种带负电的粒子命名为“电子”。自贝克勒尔1896年的发现之后，放射性的研究进展不大。贝克勒尔本人也认为，对铀射线的了解已比X射线还耍透彻，因而没有必要开展进一步的研究。 1898年初，居里夫人(Marie S. Curie，1867 1934)以敏锐的眼力穿透迷雾，开辟了一个新的领域。她猜想，铀射线就是铀原子本身发射出来的；是否还有像铀一样的其他放射性元素呢?她与居里(Pierre Curie，18591906)合作，发现钍也具有放射性，接着又发现了放射性更强的新元素钋和镭。1879年他们还注意到，如果把钋或镭的化合物与磷光物质叠在一起，磷光物质便能持续发出微光，可是外界并没有给它提供能量。不幸，由于居里夫妇受到当时在法国流行的实证主义和唯能论思潮的影响，他们不仅过于谨慎，而且事先就倾向于一种毫无结果的热力学模型。他们错误地认为，放射性物质的射气不是普通的物质，而是一种能量。 使他们在放射性本质的研究中未能取得突破。相反，当时在加拿大工作的卢瑟福(E. Rutherford, 18711937)从1899年开始研究放射性时就认为，射气是物质的和粒于性的。他通过实验发现，铀射线是由射线和射线组成的。他和索迪(F. Soddy, 1877 1956) 在研究放射性物质的射气和淀质时，还发现了放射变化的指数规律。从1902年9月起，他们两人先后发表了四篇论文，提出了元素嬗变理论。1903年3月，居里等人发现了镭的热效应。卢瑟福等人也在1904年2月测定了溴化镭和纯镭的热值。元素嬗变理论的提出和镭的热效应的发现又一次引起了轰动，从贝克勒尔发现放射性起到1902年10月31日止的七年时间，在英国自然杂志的索引中，论述放射性的文章总共才有60篇左右，在随后的两年内，同类的文章猛增到260篇。卢瑟福1904年出版的放射性一书，除列举了五位知名人士外，还提到了大约65个人的名字。当时，各种报纸和普及杂志也充满了报道放射性新发现的大字标题。彭加勒曾把镭誉为“当代伟大的革命家”(VS，p180)。密立根于1904年初写道：“古代炼金术家的梦想成为现实了。对于放射性元素来说，全部都缓慢而自发地嬗变为别的元素。” 这一系列纷至沓来的新发现不仅动摇了整个物理学大厦的基础，而且也震撼了在自然科学领域占统治地位的力学自然观，于是出现了所谓的物理学危机。当时在科学界和哲学界，有人盲目乐观，看不清物理学面临的大变革形势。有人千方百计地“保全现象”，妄图把新事实强行纳入旧理论框架之内。也有人悲观失望，认为作为真理源泉，作为知识存在形式的科学破产了，与理智和理性方法极不相同的其他方法，如神秘的感觉，是合理的。二、物理学家对危机的反应在世纪之交，物理学家对危机是如何作出反应的呢?当时的大多数物理学家都没有觉察到物理学危机，至少是没有意识到危机的严重性他们依然坚信经典力学的理论框架“是整个理论物理学大厦赖以建立的基础，是所有其他科学分支赖以产生的根源”。 “谁也没有想过，整个物理学的基础可能需要从根本上加以改造。在德国柏林，物理学家甚至认为，把每一种物理现象化归到经典力学的基础上才是现代化方法。” 这些物理学家把经典的基本概念珍藏在“绝对的东西或先验的东西的珠宝箱”内，宣称它们是“根本不可改变的”。当具有革新精神的物理学家企图变革它们时，这些人“就会发出严厉的抗议，并且抱怨说，这是对最神圣遗产的革命的威胁”。英国科学界元老开耳芬没有觉察列物理学危机。他只是认为，物理学的发展不过是遇到了几个较为严重的困难而已，这些困难能够通过适当的方法逐一加以解决，而无须触动整个物理学的基础。因此，他对于动摇这个基础的新实验和新理论往往持怀疑态度，甚至公开站出来反对。对于X射线的发现，他竟宣称这是一场“精心策划的骗局”。 对于镭的热效应的发现，他甚至不顾自己早年为之作过巨大贡献的热力学第二定律，硬说热能是从周围得到的。他竭力反对元素嬗变理论，理由是该理论与原子的词源相矛盾。 1906年8月，开耳芬几乎是单枪匹马地在时代杂志向元素嬗变理论挑战，他断言，嬗变理论是为了解释镭的性质而巧妙捏造出来的，镭产生氮并不能证明原子嬗变，因为镭原子中本来就含有氮。开耳芬不承认太阳的能源来自元素转化，他把能源归因于万有引力。 开耳芬始终迷恋以太的力学模型，他在逝世前的最后一次公开露面时，还宣读了一篇论述以太的文章，表示赞同“空间中每立方毫米的宇宙以太其质量为一千吨”的观点。引起所谓“紫外灾难”的黑体辐射问题，本来大大加剧了经典物理学的危机。可是，就连当时深深卷入这个问题的维恩(W. Wien, 18641928)、瑞利、洛伦兹等人都没有意识到这种危机。他们力图在经典理论的框架内解决难题，因而始终找不到正确的出路。甚至连量子论的创始人普朗克当时也没有认识到这种危机。因此，他的开创性的工作不是自觉的，而是被迫的。为了从理论上推导出辐射的经验公式，他不得不引入熵与几率的关系式和量子假设。用他自己的话来说，这不过是“孤注一掷的行动”，“实际上并没有对它想得太多”。当时，他恐怕根本不可能理解到自己的发现是“牛顿以来最伟大的发现之一”。 就这样，普朗克在迈出了关键的一步后便开始犹豫彷徨，他怀疑自己的推导可能有某种缺陷，竭力设法把量子论与经典理论调和起来。1911年，他撤回了自己1900年的部分观点，认为量子只在发射电磁辐射时才是量子过程，而吸收则是连续的。到1914年，他完全收回了1900年的观点，认为不仅吸收，而且连发射也是连续的了。普朗克后来回忆这件事时说：“我企图设法无论如何也要把作用量子纳入经典理论的范畴里，结果总是枉费心血。我的这种徒劳无功的尝试持续了好多年，我的许多同事都认为这近乎是一出悲剧。” 普朗克造成悲剧的一个重要原因就在于，他没有明确认识到经典物理学的危机至于维恩、瑞利，直到1905年还不同意量子概念，洛伦兹在1908年的罗马演讲中也表示难以接受普朗克的理论。在玻耳兹曼看来实际上存在着一种危机。玻耳兹曼1904年在美国圣路易斯国际会议的讲话中表示，问题在于哲学错误而不在于科学研究的不可矫正的缺点。物理学的迅猛发展清楚地表明，错误在于把研究某些普遍特征的问题，如因果性的本质、物质和力的概念等任务托付给哲学了，而哲学在阐明这些问题时显然是无能为力的。” 玻耳兹曼认为，反对哲学的斗争是使物理学获得解放的首要条件，因而他十分激烈地进行了这一斗争。玻耳兹曼是一位坚定的机械唯物论者，他所反对的当然是一些与之相对的哲学流派。当时，也有一些科学家提出了另外的观点和解决方案。例如奥斯特瓦尔德(W. Ostwald, 18531932)宣称，物理学的发展已经而临着危机，要消除这种危机，只能借助于物质消失的哲学见解，把实体的属性让给能量。皮尔逊(K. Pearson，18571936)也声称，“当前的危机实际在于”，“人们把物质看做是物理学的基本概念”，“现在似乎很显然，电必定比物质更为根本。”皮尔逊由此得出结论：“渴求给每一个概念都赋予客观性，是完全没有必要的。” 玻耳兹曼坚决反对唯能论和唯心论，但是他的做法没有、也不可能取得大成效，因为作为他的战斗武器的机械唯物论也正处于深刻的危机之中。而且，他又断然否认物理学本身存在危机这就使他无法对症下药。因此，玻耳兹曼虽然早先为经典物理学的发展作出了杰出的贡献，但是在世纪之交物理学的大变革时期，他却看不到变革经典理论及其基础的必要性和紧迫性，未能对已经出现的物理学革命的形势提出有预见性的见解。1905年之前，爱因斯坦(A. Einstein, 18791955)还是一个默默无闻的年青人，他不可能有多少言论和文章公之于世。但是，从他后来的追忆以及别人所写的有关材料中，我们可以清楚地看到，爱因斯坦在世纪之交对物理学危机具有深邃的洞察和独到的见解。在前人的实验和研究工作的基础上，爱因斯坦看到物理学危机表现在两个基本方面。其一是力学和电动力学两种理论体系之间严重不协调。在这方面，他认为消除危机的出路是：摆脱居统治地位的教条式的顽固，摈弃绝对空间和绝对时间观念，就能为整个物理学找到一个可靠的新基础。其二是由于普朗克对热辐射的研究而突然使人意识到危机的严重性。“这就好像地基从下面给挖掉了，无论在什么地方也看不到能够进行建筑的坚实基础了。” 值得注意的是，爱因斯坦透过一些实验事实与旧理论的矛盾，进一步观察到经典物理学理论基础，即其基本概念和基本关系的危机。因此，他渐渐对那种“根据已知事实用构造性的努力去发现真实定律可能性感到绝望了”，他确信，“只有发现一个瀑布的形式原理，才能使我们得到可靠的结果” 由于爱因斯坦对物理学危机和摆脱危机的出路具有真知灼见，因此他能够以破竹之势，于1905年一举在上述两方面取得划时代的突破，全面打开了物理学革命的新局面，使物理学有可能消除危机。三、彭加勒关于物理学危机的基本观点与几乎所有老一辈的物理学家不同，彭加勒在物理学新实验与旧理论尖锐冲突的新时期，敏锐地觉察到物理学危机他在20世纪头些年出版的几本科学哲学着作中，都或多或少地涉及这个问题。尤其是1904年9月24日，他在美国圣路易斯国际技艺和科学会议上，作了题为“数学物理学的现状和未来”的讲演，更为明确、更为系统、更为深刻地论述了物理学危机。这篇讲演后来收入科学的价值中，成为该书的第七、八、九章(VS, pp170211)。彭加勒在科学的价值中这样写道：“数学物理学存在着严重危机的迹象”(VS, )，“不仅能量守恒定律成问题，而且所有其他的原理也同样遭到危险，正如在它们相继受到审查时我们将要看的那样”。(VS, p. 180) 在“数学物理学当前的危机”一章(VS, 199)中,彭加勒列举并分析了新的实验事实与经典物理学五个基本原理的矛盾。他指出，卡诺(S. Carnot，17961832)原理，或能的退降原理告诉我们，运动能因摩擦而转化为热，热却不能全部转化为运动。但是，古伊(L. G. Gouy, 18541926) 通过深入研究布朗运动发现，微粒愈小，运动愈活泼，并且该运动不依赖于外部能源而能永无休止地进行下去。在布朗运动中，运动因摩擦而转化为热，反之，热也能毫无损失地转化为运动“这与卡诺原理相反”，该原理“已眼看着处于危险之中”。相对性原理虽然受到电磁理论的冲击，但它“已为日常经验所证实”，并且“以一种不可抗拒的方式印进人们健全的感觉中，而现在却受到了非难”。因为迈克耳逊实验虽然支持相对性原理，但是洛伦兹为了调和该原理与电动力学的矛盾，提出的当地时间和长度收缩等辅助假设也难以解释其他实验事实。按照电子论，两个电子之间的作用只能以有限的速率传播，不可能同时进行，因此牛顿原理，或作用与反作用原理也遇到了“同样的困难”。由于亚伯拉罕(M. Abraham, 18751982)的计算和考夫曼(W. Kaufmann，18711947)的实验，拉瓦锡(A. L. Lavoisier, 17431794) 原理，或质量守恒原理也“失去其正确性”。考夫曼的实验“结果如果确定，就会产生全新的力学”。迈尔(J. R. VonMayer, 18141878) 原理，或能量守恒原理也与镭源源不断地放出能量这一事实相违背。拉姆塞(W. Ramsay, 18521915)力求证明，镭虽然储藏有大量的能，却也不是无穷无尽的。由于镭嬗变的耗尽期需要1250年，因此，尽管迈尔原理“似乎更为牢固”,但在“等待此日到来之时，我们的疑虑仍然存在”。彭加勒的上述分析大体反映了当时物理学所面临的严峻形势，说明物理学的基本原理需要重新受到实验的审查和裁决。固然，用今天的科学观点来衡量，他的分析不见得完全妥当，而且遣词用语也并非都是十分确切的。但是，彭加勒的论述并不像有人所说的那样，“完全是别有用心的歪曲” ，“把自然科学革命污蔑为危机” 。其原因主要在于，当时物理学界对这些问题还没有合理的答案。例如，对于镭持续放出热量而质量并未觉察出有什么变化的现象，许多物理学家都迷惑不解，这似乎与能量守恒原理不相容。彭加勒对质量守恒原理的怀疑也出自实验事实。考夫曼在1901年测定镭射气的荷质比时发现，由于射气的速度接近光速，其表观质量比真实质量显着变大。1902年，考夫曼采纳了亚伯罕刚性球电子假设。他用实验证明，电子的质量完全是电磁质量，其机械质量为零。更为重要的是，考夫曼得到了电子的质量依赖于速度的证据(考夫曼的计算有错误，1908年有人指出了这一点)。爱因斯坦在1905年写的一篇论文中提出了质能关系式，并且指出物体的质量是它所含能量的量度。但是，彭加勒当时还不可能知道这些论断，而且这些论断也未立即得到实验证实。这样，彭加勒从已知的事实出发，对这两个原理提出质疑，本身是十分自然的，根本谈不上“别有用心”和“污蔑”。正由于彭加勒看到了旧原理的危机，因此他迫切地感到，物理学“有必要重新建设”(VS, )但是他告诚人们，没有必要因此而得出结论，科学编织的是珀涅罗珀的寿布 ，它只能以短命的结构出现，这种结构不久便不得不被科学自身之手彻底加以拆毁。(VS, p. 209) 彭加勒反复强调下述观点：科学是有继承性的，新原理的出现并未全盘否定旧原理，旧原理不仅有其历史价值，而且在有效适用范围内还有其实用价值。彭加勒写道：“科学的进步似乎使得过去牢固建立起来的、甚至被视为基本的原理处于危险之中。可是，没有什么证据表明它们是不可挽救的。即使它们不能原封不动地存在，但也能够经过修正而继续有效。”由于科学日新月异地发展，其面目已经大为改观，“以至于一般人已无法辨认了。但是在行家看来，总是能够迫寻到数世纪之前工作的踪迹”。彭加勒断言：“旧原理为新原理之祖，旧原理的发现并非劳而无功。”(VS, )“在今日的科学之中，我们还能够看到父辈们所描绘出的梗概的一般特性。”(VS, p. 120)正因为旧原理“还是有用的”，所以彭加勒指出：“应该有必要为它们保留一席之地。假若要完全排除它们，就会使我们失去宝贵的武器。”(VS, )因此，说彭加勒“否认怀疑物理学旧原理的客观价值” ，显然是没有根据的。长期以来，学术界流行着这样一种看法：彭加勒提出物理学危机，就意味着他断言“科学本身崩溃了，科学原理崩溃了”，“自然科学家坚信不移的全部真理也毁灭了”。 实际情况正好相反，彭加勒曾针锋相对地批判了上述错误观点。彭加勒这样写道：“外行人看到科学理论井非一贯正确而惊恐万状，在经过一些年代的繁荣兴旺之后，他们看到这些理论一个接一个地被抛弃了。他们看到残垣颓壁，层层废墟。他们预见，今天风靡一时的理论不久将不得不走向它们的反面，因此他们断言，这些理论是绝对无用的。这一切就是他们所谓的科学破产。”彭加勒接着一针见血地指出：“他们的这种怀疑是肤浅的。他们全然没有考虑到科学理论的目的和作用。要不然他们就会明白，这些废墟也许还有某些用处。”(SH, p. 189)在1903年，彭加勒在巴黎理工学校校友会发表讲演时更是旗帜鲜明地指出：“科学并没有破产，破产的是我们自己。”“在我们周围经常反复出现的绝望哀叹声是极其靠不住的，尽管如此，它还是一种灾难。”彭加勒也不像有入所想像的那样，在“哀叹”物理学危机的到来 。事实上，彭加勒认为，物理学危机并非凶兆，而是吉兆。它表明物理学变革的时机已经成熟。这种看法在当时实在是十分难能可贵的。为了消除人们不必要的忧虑，彭加勒指出，物理学危机预示着“一种行将到来的变革”。他劝告大家，尽管危机是严重的，“然而不必太担心，病人 不会因此而死亡，我们甚至可以期望这场危叽将会有益于健康，因为过去的历史似乎向我们保证了这一点。事实上，这场危机不是第一次。”(VS, p. 171)彭加勒接着在“数学物理学的历史”一章中回顾了物理学所走过的历程。他认为，中心力物理学是数学物理学发展的第一阶段。但是，中心力的概念后来不足以说明新的事实而引起了危机，于是我们不得不舍去旧的见解。这样，物理学便逐步发展到第二阶段，即原物理学阶段。但是，这样一来，“我们能说第一阶段已经毫无用处了吗? 我们能说科学在50年间误入歧途了吗?我们能说往昔的千辛万苦偶因一念之差，终成千里之谬，于是可以付之东流吗?”彭加勒断言：“世界上决没有这样的事。”他进而反问道：“没有第一阶段，你难道能设想会进入第二阶段吗?”(VS, p. 178)在彭加勒看来，当时原理物理学所面临的危机将导致数学物理学进入第三阶段。他根据历史的经验预言，第三阶段“将是相同的过程”，“因为我们已经度过了一次同样的危机”。彭加勒形象地比喻说，物理学的这种进化“正如甲虫脱壳一样，撑破了它狭小的外壳，换上下新的表皮，在新的表皮之下，人们能够认出甲虫保留下来的机体的本质特性”。(VS, 210)尽管彭加勒关于物理学发展的三个阶段的划分未必确切，但他的一些基本观点却是可取的。有人在批判彭加勒时说：“物理学革命是好事，是正常现象，而危机则是坏事”，“是科学发展的不正常现象，是科学发展的病态，它影响科学的正常发展。” 显而易见，这种科学史观远远不及彭加勒的高明。彭加勒不仅深谙物理学的历史和现状，而且对它的未来也具有惊人的预见能力。在“数学物理学的未来”一章中，彭加勒写道：“也许我们将要建造一个全新的力学，我们已经成功地瞥见到它了。在这个全新的力学内，惯性随速度而增加，光速会变为不可逾越的极限。原来的比较简单的力学依然保持为一级近似。因为它对不太大的速度还是正确的，以致在新力学中还能够发现旧力学。”(VS, p. 210)彭加勒面对物理学危机并未忧心忡忡，悲观失望；相反，他对科学的前景是满怀信心的。他说：“原先已知的现象被越来越好地分门别类，但新现象也来要求它们的地位。”我们已经有了“阴极射线、X射线、铀射线和镭射线。这里有一个完整的世界，是谁也没有料想到的。还不知要有多少不速之客将在这儿寄宿呢?”(SH, )彭加勒满有把握地断定：“纵然我们的眼界有限，但是并非偶然的、十分诱入的希望依然存在。过去的收获既已不少，可以确信，未来的收获将比过去更多。”(VS, pp. 168169)综上所述，彭加勒关于物理学危机的基本观点可以大致概括第一，他敏锐地觉察到，由于新实验与旧原理的尖锐冲突，物理学已处于危机之中。第二，他认为物理学危机是好事而不是坏事，危机能加速物理学的根本变革，是物理学进入新阶段的前兆。第三，他指出，要摆脱危机，就要在新实验事实的基础上重新改造物理学。第四，他一再肯定旧理论的固有价值，认为它们在其有效适用范围内还是大有用处的，并且旗帜鲜明地批判了“科学破产”之类的错误观点。第五，他预见到新力学的大致图景，对科学的前途表示乐观。彭加勒在为他的科学与假设英译本所写的序言中更加明确地指出：物理学危机预示着物理学处于“革命的前夜”，处于“一个更为重要的时刻”。 彭加勒的上述基本观点及其对科学发展规律的有关见解，即使在今看来也还是有意义的。这充分表明，他对世纪之交物理学形势的洞察远远超过当时的大多数的物理学家。四、一些颇为流行的讹传和谬说长期以来，在那些连篇累牍的唯物主义和经验批判主义学习辅导材料以及有关论着中，许多人对彭加勒关于物理学危机的基本观点以讹传讹，普遍表现出极不公正的误解和曲解。在已出版的书刊中，凡是提到物理学危机的，几乎千篇一律地认为，彭加勒的“看法是错误的，他是主张怀疑论的，他本身就是物理学危机的一种表现”。 彭加勒的看法“根本违背科学事实”，它“是如此武断和荒唐，以致连彭加勒本人也感到难以自圆其说”。 “彭加勒在物理学新发现面前的表现是非常突出，非常恶劣的。”“彭加勒对物理学新发现的歪曲表现了物理学中的唯心主义学派的垂死挣扎。”在上节论述彭加勒的基本观点时，已顺便涉及了一些人的错误论断。为了澄清这类长期以来似乎被认为是定论的误解和曲解，有必要对它们进行比较全面、比较系统的论述和分析。人们对彭加勒基本观点的误解和曲解主要表现在以下两个方面。本来，物理学危机是一个历史事实，是物理学革命的前奏，并不是哪个人能随意捏造出来的。彭加勒指出了物理学危机，并认为这种危机是有益的，这正是他眼光明睿的表现。但是，这却被一些人当成了他的弥天大罪。他们用“叫嚷”、“胡说”、“哀鸣”、“叫嚣”一类词语描述彭加勒讲出物理学危机这一客观事实。在他们看来，物理学是“极其迅速地发展着”，根本“谈不上什么危机”。 所谓危机，只不过是“对物理学急剧发展的歪曲” ，是“唯心主义者捏造出来的” 。物理学“本来是一派繁荣景象”，却被彭加勒“说成是危机” 。在彭加勒的眼里，“物理学不是一片光明，而是一片废墟；不是在前进之中，而是在危机之中。”其次，还流行着这样的看法：说什么彭加勒认为旧原理已毫无价值，应该统统抛弃。例如，有人说，彭加勒认为“旧物理学的基本原理完全趋于土崩瓦解了” ，“古典物理学的原理都完蛋了” 。“彭加勒叫嚷，摆在我们面前的，是物理学旧原理的废墟，是原理的普遍毁灭，以物质为研究对象的物理学也跟着毁灭了” ；“彭加勒认为，物理学原理的普遍毁灭造成了物理学的危机，从而把人们带进一个怀疑时期” 。诸如此类，不一而足。80年代以来中国大陆在经济领域基本上坚持了改革开放的原则，但在政治和意识形态领域内的改革却步履艰难。在政治环境和学术气氛相对宽松的短暂时期内，有关人士本着实事求是、学术自由的精神，主持公正，发表了我的非传统的学术观点 。接着，少数书刊对我的观点作了较为客观的介绍和评论。 但是，传统的观念和历史的惰性还是十分强大的，人们依然喋喋不休地重复着列宁断章取义引用的那几句片言只语，说什么彭加勒认为：摆在我们面前的是物理学旧原理的“废墟”，是“原理的普遍毁灭”，“怀疑时期”已经到来了。 也有人不满足于这样的重复，还要凭主观想像加以“阐释”，只不过不像从前那样用尖刻的语言讽刺、挖苦或谩骂了。例如，有人说，彭加勒作出了“科学破产”的唯心主义与不可知论的结论，暴露了他的“反科学的本质”。 有人说，“彭加勒由于不懂辩证法，却把人类科学认识的前进惊呼为危机”。 有入说彭加勒“捏造了危机的事实”“提出所谓现代物理学危机的谬论”。“辩证唯物主义者对待物理学革命的态度就与彭加勒相反。认为物理学领域中的变革不是什么危机，而是一场革命，” 当然，还有个别人物政治嗅觉敏锐，阶级斗争的弦绷得很紧，有机会就故伎重演，挥舞“革命大批判”的加帜，给我乱扣政治帽子。 由于这是另一个范畴的事，我无暇亦无兴趣理会他们，只在这里捎带着记录在案，让历史的巨浪去淘沙。只要把彭加勒关于物理学危机的基本观点和上述流行的看法加以比较，就不难发现，人们对彭加勒基本观点的误解和曲解是多么严重，对彭加勒本人的偏见是多么厉害。这些流行的看法不仅完全没有事实根据，而且是是非颠倒的。之所以会出现这种现象，究其原因在于持有这些看法的作者都毫无例外地人云亦云，把列宁在唯批中所引用的彭加勒关于物理学危机论述的片言只语作为自己的全部论据，并且漫无边际地加以“引申”和“发挥”，而不屑于去查阅一下彭加勒的原着。值得注意的是，彭加勒论述物理学危机的科学的价值以及其他两本有代表性的着作，早在本世纪初叶就已出版了中译本。在如此众多的出版物中，竟会出现如此情况，这不能不令人深省。五、对唯物主义和经验批判主义一书中有关论述的分析为了恢复历史的本来面目，这里有必要把列宁唯批一书中的两段引文同彭加勒的原文加以