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一念天堂,一念地獄:戰爭背後的德國科學家

天文學家開普勒

早在宗教改革時期,德國就湧現出不少具有世界影響力的科學家。天文學家開普勒(1571—1630年)與哥白尼齊名,他於1571年出生在斯圖加特一個破落貴族之家。他的父親經常酗酒賭博。這點和貝多芬的父親倒是很像。開普勒從出生起就病痛纏身,他能活下來已經讓人感慨生命的頑強。誰能想到,在開普勒羸弱的身體中,裝載了一顆探索宇宙的心。開普勒第一個發現,行星運行的軌道不是圓形而是橢圓形的;行星在近日點時運行較快,而遠日點時較慢。他據此提出了著名的開普勒三定律,為牛頓發現萬有引力定律奠定基礎。開普勒自己視力不好,所以對眼睛格外關心,他研究出了視網膜的作用和近視、遠視的原因。戴眼鏡的朋友們,要記得開普勒為你們出過不少力。

開普勒

到十九世紀後期,德意志在物理學界和化學界發生了偉大成就的井噴。從前人們以為生命是特別的力量,只有生命體才能製造有機物,結果維勒(1800—1882年)用無機物合成了尿素,理論上說,這意味著生命可以無中生有在自然界中形成,而不必靠神靈播撒種子;赫茲(1857—1894年)發現了電磁波,從前人類“通訊基本靠吼”,現在可以用上無線電了;倫琴(1845—1923年)發現了X射線,引發了物理學改天換地的大變革;李比希(1803—1873年)提出了重要發現:莊稼一枝花,全靠氮磷鉀。以前人們對於施肥知其然而不知其所以然,現在懂得如何使用不同的化肥了。李比希號稱“有機化學之父”,他的學生凱庫勒名氣也很大,發現了苯環的結構,為原子價理論奠定了基礎。傳說他有天晚上夢見苯分子像一條蛇一樣咬著尾巴轉圈,終於領悟到苯的碳原子結構是環狀的。凱庫勒的故事雖然傳奇卻並非不可理喻,正所謂日有所思,夜有所夢。

德國科學家創造的最輝煌成就還是在物理學方面。十九世紀末,人們普遍認為以牛頓力學為基礎的經典物理學已經趨近完美,有人宣言物理學已經無所作為,只能在已知規律的小數點後面加幾個數字而已。1900年,英國著名物理學家開爾文勳爵說,物理大廈已經落成,所剩只是一些修飾性的工作。然而,他也承認,物理學的晴朗天空中存在兩朵烏雲,其一是光的波動理論,其二是黑體輻射問題的“紫外災難”。結果,正是這兩朵烏雲,引發了二十世紀物理學的風?暴。

普朗克與量子理論

這場風暴的始作俑者之一普朗克(1858—1947年)是位“大學霸”,年僅21歲就取得物理學博士學位。後來他先後在慕尼黑大學、基爾大學和柏林大學任教。普朗克主要關注當時經典物理學無法解釋清楚的黑體輻射問題,在研究中,他發現電磁波的發射和吸收不是連續的,而是一份一份地進行。據此他開創了量子理論。1900年年底,普朗克發表了標誌量子論誕生的著名論文《關於正常光譜的能量分布定律的理論》。依照量子理論,能量並非以“連續”的形式存在,而是不連續、大小不一的能量子(量子)。量子大小和放射頻率的不同有關,其比例可以用一個常數來代表。為紀念普朗克的傑出貢獻,德國最重要的科研機構“威廉皇帝研究院”改名為“馬克斯-普朗克研究所”。

普朗克

愛因斯坦與相對論

量子理論打開了新的研究路線。1905年,瑞士伯爾尼專利局的一位年輕審查員,通過刻苦鑽研,發表了論文《分子尺度的新測定》,一舉拿下了蘇黎世大學的博士學位。不久他提出了二十世紀最知名的物理學理論之一——“狹義相對論”。他就是大名鼎鼎的愛因斯坦。愛因斯坦(1879—1955年)出身於德國烏爾姆,父親是經營不善的猶太小工廠主。在這樣一個家庭中,誕生了二十世紀最偉大的科學家之一。

愛因斯坦

根據狹義相對論,時間與太空並非相互獨立的,而應該用統一的四維時空來描述。不同慣性系對時間的描述是不一樣的,越接近光速,時間越緩慢。最著名的例子是“雙生子”,即一對雙胞胎中的一個乘上高速運行的宇宙飛船,若乾年後歸來時,他將比他留在地球的兄弟年輕。美國科幻作家波爾·安德森有篇著名的科幻小說《宇宙過河卒》,小說主角乘坐的飛船減速裝置損毀,為了避免死亡,主角讓飛船不斷加速,接近光速後飛船內時間幾乎靜止,最後他們竟見證了宇宙的終結。

《不可不知的德國史》,楊義成著,華中科技大學出版社

提出狹義相對論後,經過十餘年的苦心鑽研,1916年,愛因斯坦又提出了“廣義相對論”。愛因斯坦還提出著名的質能方程E=MC2,為品質轉化為能量提供理論依據,點亮了一連串科技樹——核反應堆、核電站,以及原子彈,最後一個發明令愛因斯坦痛心疾首。打造核武器理論基礎的愛因斯坦,本人卻是堅定的和平主義者。一戰時,德國科學文化界集體發表為侵略戰爭辯護的宣言,連倫琴、普朗克等人都簽了字,愛因斯坦卻拒絕了。二戰前後,愛因斯坦多次參與和平運動,納粹於1933年查抄了他在柏林的住所,愛因斯坦從此常留美國普林斯頓。可是他在美國的生活也不那麽如意。二戰後,愛因斯坦致力於反核、裁軍和世界政府運動,1955年他去世前兩個月,還和英國哲學家羅素通信討論和平宣言問題。因為反對爭霸政策與白色恐怖,他被以控告迫害紅色知識分子著稱的參議員麥卡錫斥責為“美國的敵人”。愛因斯坦的姓氏德文可以拆解為“一塊石頭”,他本人真如一塊千錘百煉、堅貞不屈的石頭,終身為科學和正義奮鬥不止。

相對論和量子力學並立為現代物理學的基礎。它們解決了二十世紀初物理學面臨的重大問題,驅散了籠罩在物理學天空的兩朵烏雲,然後帶來了更大的一團黑霧——困擾科學家的難題變得越來越多了。不過,科學正是在矛盾與探索中取得進步的,不是嗎?

本文摘選於《不可不知的德國史》,楊義成著,華中科技大學出版社出版。經出版社授權刊發,未經授權,嚴禁轉載。文章內小標題與部分圖片為後來所加,編輯:左晨。)

作者介紹

楊義成,南京大學歷史學院世界史專業碩士,主要研究方向為歐洲史、歐洲國際關係。曾在南京大學-哥廷根大學德語精英班學習,在《亞太安全與海洋研究》《經濟社會史評論》等刊物發表論文多篇。

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