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第7章

然而,到了此时,还要走很远的路才能对物理上的因果关系给出完整的阐释。因为要想通过运动方程获得运动的情况,首先要明白力。受到行星运动定律的启发,牛顿如此设想道:所有距离某物体足够近的物体的位置,决定了作用于该物体上的力。建立了这种关系以后,才获得了有关运动的完整因果概念。牛顿从开普勒的行星运动定律中获得了深刻的启发。就像大家都知道的那样,牛顿之所以能够解决引力问题,并发现在本质上引力和作用于星球的推动力是一样的,就借助了行星运动定律。在引力定律和开普勒行星运动定律的基础之上,一个奇异的思想结构就出现了。如此一来,只要引力是物体运动的唯一原因,从物体某一时刻的运动状态推算出它过去和将来的运动状态就有了可能。牛顿概念体系的逻辑性很完整:一切物体,都是其本身决定了其加速度。

在上述基础之上,行星、卫星和彗星的运动,乃至它们运动的微枝末节,牛顿都能够成功地加以解释。另外,潮汐和地球运动也得到了解释。这些无疑都是极为辉煌的成就。而更让人们印象深刻的,则是他对于天体运动的原因的发现,因为牛顿给出的答案就是我们非常熟悉的重力。

除了创造一个具有逻辑性的可用基础以支撑起力学,牛顿的重要成就还体现在其他很多方面。他的力学理论在19世纪末之前,一直指导着理论物理学领域。虽然被考察的范围不大有效,然而一切物理事件的原因,都可以归结到那些遵循牛顿运动定律的物体的运动。牛顿也曾经在光学领域推广这个力学理论,他假定惯性微粒组成了光。后来,在连续分布的物体和光的波动论之中,都用到了这个力学理论。而布朗运动论的唯一基础,就是牛顿的运动方程。能量守恒定律的发现,气体理论的被证实,以及人们对于热力学第二定律的本质的认识,都得益于此。近代电学和磁学的发展同样受到了牛顿的影响。比如,法拉第和麦克斯韦之能够发起电动力学和光学革命,就受到了牛顿理论的影响。理论物理学领域在牛顿之后获得的首次重大进展,就是这一革命。马克斯韦、波尔兹曼和开耳芬勋爵殚精竭智,探究电磁场及其动力学之间的相互作用,以证明它们产生的原因在于假想中的连续分布的质点的机械作用,然而始终没有突破性进展。所以,人们的基本观念从19世纪末以后,终于逐渐发生了变化,理论物理学最终从牛顿那个曾给科学以稳定性思想指导的框架中跳了出来。

牛顿的基本原理从逻辑上而言极为完美,唯有通过事实经验才能对其动力进行检验。可是,牛顿的思想结构也存在着天然的缺陷。这一缺陷牛顿自己也有所认识,并且此后很多博学的科学家对这一点的认识都没有牛顿深刻。我必须要强调这一点,因为这一点使我对他的敬佩更为深挚,并想就此问题进行深入探讨。

首先,牛顿竭尽全力地减少那些和对象没有直接关系的概念的数目,以表明自己的体系符合经验上的必然性。可是,绝对空间和绝对时间的概念他最终还是没有舍弃。虽然这一点使他饱受批评,然而他一直没有动摇。他已经发现,无法从物理角度来完整地解释有一定间隔的质点及其随时间变化的运动。他还做了一个着名的旋转水桶实验以证明这一点。从中可以发现,肯定不只是物体及其随时间变化产生的距离决定着运动,“绝对空间”也对运动有着极大的影响。他明白,他的运动定律有意义的前提是,空间有着如质点及其距离一样的实在性。

对于这一点牛顿有着清晰的认识。他理论的弱点和他的智慧同时从中显现。因为,要是“绝对空间”这一虚幻概念不存在,无疑其理论的逻辑结构就更为完满。然而这时,只有那些和知觉有完全清楚关系的东西,如质点、距离等才适用于这些定律。

其次,他引入了可以直接和即时传递的超距离作用力,以表示重力的效应,可它与我们日常熟悉的大多数过程基本上是不相符。对于人们在这一点上的质疑,牛顿给出了这样的回答:他只是根据实际经验归纳出了引力相互作用定律这一规则而已,解决问题的最后方法并不是这个规则本身。

最后,对于“物体的质量决定了它的重量和惯性”这一极为值得关注的事实,牛顿一点解释都没有给出。让人觉得非常奇特的是,牛顿自己也已经意识到了这个问题。

这三点都没有从逻辑上对他的理论进行反驳。实际上,科学家在用概念对自然现象进行把握的时候,不可能做到十全十美。就某个角度而言,这三点不足或者说缺陷的存在乃是一种必然。

牛顿运动理论一直都是理论物理学的总纲枢纽,直到出现了麦克斯韦的电学理论。电学理论的产生,让人们认识到是一种极限速度而非超距离作用力,是物体间电磁作用的原因。法拉第觉得,全新的物理存在“场”,和质点及其运动的共同作用,造成了这种结果。起初人们都认为“场”是一种充满空间的假想媒介的力学状态,处于运动或应力状态,实际上这就是大家当时都在坚持的从力学角度对“场”作出的解释。然而,人们虽然做了非常多的努力,这种现象依旧无法得到合理解释。就这样,人们慢慢地认为“电磁场”是无法再进行简化的物理存在的终极成分。通过H.赫兹,“场”的概念从力学的束缚中摆脱了出来,而通过H.A.洛伦兹,“场”的概念则从物质的基体中摆脱了出来,他们两人的贡献理应得到我们的感激。洛伦兹的观点是,能够作为“场”的基体的只有物理上的空虚空间,而牛顿力学中的某些领域也适合这个空间。直接而即时的超距作用力自从在这一点被发现后,就失去了人们的信任。而就引力来说,人们同样也不相信超距作用力了,虽然能够揭示引力场论的实际知识还并未完善。牛顿的超距离作用力的假说不再束缚人们的思维后,电磁场理论就开始突飞猛进。此时,甚至人们还想对牛顿的运动定律给出电磁理论角度的解释,并最终用一个更精确的、以“场”为基础的运动定律取代牛顿定律。虽然这种努力目前并未成功,然而最起码,不再只是力学的基本概念独力支撑物理体系的大厦了。

放弃了绝对同时性观念的狭义相对论的出现,是麦克斯韦和洛伦兹的理论所产生的必然结果。所以,狭义相对论是对超距离作用力的存在的否定。因此,物体所含的能量的变化会导致其质量产生变化。而牛顿的运动定律是一条极限定律,只有在低速运动条件下的物体上才能适用,一条新的运动定律能够取代它。在这条新的定律中,光能够在真空中以极限速度运动。

广义相对论就是“场”论纲领的最后一步发展。它虽然只是对牛顿学说进行了小小的修改,然而其质的变化和影响却是极为深刻的。在这个理论中,不管是惯性、引力,抑或是时钟和物体的性状,全是“场”的性质的显现。虽然这个“场”的决定因素是物体,然而人们尚未证实这一点。因此,被剥夺的是时间和空间的因果关系的绝对性,而非空间和时间的存在性。这种因果关系的绝对性不会受到其他因素的影响,而只会影响其他因素。所以,牛顿为了用公式明确地表述当时已知的定律,只能给空间和时间强加上这种因果关系的绝对性。如此这般,广义的惯性定律终于取代了牛顿运动定律。

广义相对论取代牛顿理论的过程,就存在于这个简短的说明之中。而上述三个缺陷,在此过程中也得到了克服。就广义相对论的角度而言,似乎也可以用牛顿的场论将运动定律推导出来。可是,只有这个目标完全达到的时候,人们才能发现纯粹的场论。

在形式上,牛顿力学开辟了通向场论的道路。它一旦在连续分布的质量领域应用,就必然会发现并应用偏微分方程。而证明场论定律的基本语言,就是偏微分方程。因此,后续发展的第一个决定性步骤,便是牛顿的微分定律概念。

现在,我已经讲完了自然过程观念的全部历程。或者说,这就是牛顿思想的系统发展过程。然而,就在人们对场论进行积极改善的时候,热辐射、光谱、放射性等事实却很快显示出了它的局限性。这个概念体系确实存在着局限性。即便在很多事例中它的成就都是巨大的,然而迄今为止,它依旧无法克服其局限性。很多有着大量有力论据的物理学家声称,即便因果关系定律至今仍然是所有自然科学的终极假设,然而在事实的面前,不管是微分定律还是因果关系定律,都显得苍白而无力。并且,甚至连将一个可以和物理事件恰当对应的时空结构建立起来,似乎也缺乏起码的可能性。表面上看来,“一个力学体系只能处于分立的稳定状态或具有分立的稳定能量”这个结论很难从微分方程中推导出来,而这一事实好像也被经验所验证。就某种意义而言,德布罗意-薛定谔方法有着某种场论特征,“只有分立的稳定状态存在”这一结论也确实被它得出了。高度而惊人的一致性存在于这个结论和实际经验之间。它之所以能得到这个结果,就是因为在微分方程的基础上将特殊的共振条件考虑了进来。然而同时,对于质点和因果关系定律,它却又必须要放弃。而牛顿的自然观的终极前提,就是因果定律和微分定律。如今,对于这两条定律是否一定要放弃,又有谁可以断定呢?

学术自由

——论贡贝耳事件

大学里有很多讲座,然而却只有很少崇高的教师。大学里也有很大的教室,却只有很少真正渴求知识的年轻人。庸庸众生总是被大自然一代又一代地生产出来,然而拥有创造性的高超才华的人却不多见。

自然界总是如此,我们在它的安排之下无所选择,只有顺从,因为再怎么牢骚满腹也毫无用处。然而一个社会最显着的标志,就是时代精神。改进这种精神,是我们所有人都肩负的责任。

大学里的青年在一个世纪之前,还雄姿英发、生气勃勃。那时,他们胸怀博大,对人类社会的进步深具信心,对诚恳的意见表示尊重。那时,德意志的政治统一是大学中所有老师和学生的共同目标。

今天,同样有这样一些人,他们相信思想自由和宽容精神,他们在为社会的进步和欧洲的政治统一而殚精竭虑。然而今天,一个有目共睹的事实就是,大学教授和大学生已经不是以前的大学教授和大学生了。

今天我们在这里集会,虽然是因为贡贝耳教授事件而聚集在一起,却同时要给我们自己一个评定。凭着满腔的热情、高度的自我牺牲精神和勇敢精神,贡贝耳教授将政府的政治罪行详尽地揭发了出来,极大地促进了我们社会的进步。可就正是这样一个人,他所属大学的教授和学生团体却一门心思地要将他驱逐出去。政治已经肆无忌惮地到了这种程度,我们坚决不能允许。我们若是期待有一天健全的政治结构能够建立起来,就不能缺少贡贝耳教授这样的人。

大家在判断这件事的时候,要是不依据别人的宣传而是依据事实本身,那么,我相信贡贝耳教授事件的结果就定然不会让我们失望。

保卫言论自由

为了保卫言论自由与教学自由,为了让知识分子注意到如今自由所面临的威胁,我们今天在此集会。

这种情况何以会出现呢?为什么较之于过去,我们如今会面临更大的威胁和危险呢?因为在生产集中的过程中,这个国家的一小部分人掌握了绝大部分的资本,我们的教育机构和国家的大型报纸都被他们以巨大的力量所控制着。并且,政府也同样在他们的掌控之中。这个事实已经严重地威胁到了知识分子的自由。另外还有一个事实就是,新的问题随着经济集中而来:有的人永远失去了工作。联邦政府解决这个问题的办法,就是通过调节、控制供应和需求这两种基本的经济力量。可是形势容不得我们乐观。至今为止,掌控经济的那部分人依旧不对任何人负责,没有任何约束,对于那些施加在他们身上的必要的限制,他们竭力反对。他们借助手中掌控的报纸和学校,掩盖、模糊这个问题,误导青年人的视线和思想,而这个国家与和平发展的成败利钝,都维系于这个问题能否得到解决。

因此之故,称职的大学教师被无理解聘的事件近来频频出现。而对于这种做法,报纸又进行了不恰当的报道。无理解聘教师,就是在削弱教学自由。任何人都知道,一个民族要想健康而自然地发展,必须要建立并巩固言论自由和教学自由这两项基础。这一点已经得到了历史的证明。我们有责任贡献自己的一份力量,让人们意识到自由所面临的威胁,来保护并巩固这些自由。

要想解决这些困难,唯一的办法就是用民主的方式化解当下的经济危机。然而无论如何,自由都必须是一切解决办法的基础。

所以,我们每个人都行动起来吧。我们要用永不屈服的斗争精神坚守岗位,我们不想让后世的优秀知识分子这么评价我们:他们将祖先所遗留下来的财产丢掉了,他们没有获得这份财产的资格,他们无能而懦弱。

论教育

追溯往事,缅怀那些为文化发展事业而奉献的人们,是我们在纪念日首先要做的。今天善良的人们在战斗时,能从过往的美好事物中汲取力量,因而这种亲切的怀念就显得尤为重要。可是,像一个吉卜赛人那样到处流浪的人无权做这种事,有做这种事的资格的,只能是那些生于斯长于斯的人们。

既然如此,我也只好抛开时间和空间之类的问题,专门来谈谈教育事业这个题目。各个时代具有远见卓识的人都已经就这个问题进行过深入的探讨,而且见解深刻,我也就只能肤浅地谈谈自己的看法。我对教育学方面毫无研究,如果说我的谈话中还有一点有价值的地方,那也许就是我的个人信念和个人经验了。

我们人类必须不断地更新关于真理的知识,而不能仅仅一味地学习前人所留下的。真理就如同一座在沙漠上矗立的建筑,被流沙掩埋的危险时刻都存在着。我们必须要辛勤地为它工作,才能避免这个危险成为现实。我也一直在为此而努力着。

学校是知识传播的最主要渠道,这一点在现在的学校中体现得更为明显。传统家庭教育的作用随着社会的发展已经逐渐衰弱,所以,在保证人类社会健康发展这一点上,现在的学校要承担起更大的作用和责任。

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