物理学革命如何影响20世纪的世界文化和政治

约翰·海尔布隆（John Heilbron）教授是美国著名科学史学家，专长于物理学和天文学史研究。他主持编辑学术期刊《物理与生物科学的历史研究》（Historical Studies in the Physical and Biological Sciences）长达25年时间。关于第二次物理学革命的起因及影响，海尔布隆教授接受了本刊的专访。

三联生活周刊：意大利是第一个世界科学中心，第一次科学革命发生在17世纪的英格兰。为什么在20世纪初，德国成为了物理学研究的中心？

海尔布隆：在我看来，你提到的17世纪科学中心从意大利到英格兰的迁移并不是一个中断，而是一个最终做出重大发现的连续发展过程。此前，天文学虽然被人为地归为数学科学，但是并没有任何实验验证。之后人们才逐渐意识到了数学和物理学结合在一起的意义。牛顿的伟大著作也证实了这一发现，继承了从伽利略开始的事业。

至于20世纪初德国在物理学的主导地位，可能被夸大了。有两个原因，第一个原因是量化的：根据保罗·福尔曼（Paul Forman）、斯宾塞·沃特（Spencer Weart）和我前几年的研究显示，英国、德国、法国和美国拨给物理学研究的资金除以每个国家国民生产总值的结果都差不多。同样差不多的是各国参与物理学研究的人员数量，和这四个国家的总人口数相符。这意味着在资源和人力投入方面，这四个国家的付出都是一样的。在运用其资源撰写研究论文、出版期刊以及鼓励生产各种仪器方面，德国确实最有效率，但是相对来说数量上更大的投资并不必然造成在学术上的主宰地位。

这正好讲到第二个原因，是从质量上来说。麦克斯韦、开尔文、J.J.汤姆森和卢瑟福对物理学的贡献，确实可与伦琴、亥姆霍兹、赫兹和普朗克匹敌。20世纪初理论物理学的领导者是荷兰人H.A.洛伦兹。在居里夫人的领导下，法国在放射性研究上是领头羊。德国毫无疑问是一流的科学巨头，但是说它在学术上处于绝对的主导地位则可能是错误的。

所以真正的问题是在20世纪初，德国究竟如何获得了使它得以在物理学一些领域可以进行竞争或支配性的地位？毕竟在19世纪早期它还远落后于法国和英国。为了回答这个问题，你必须走进德国历史，包括它的国家统一、它想征服法国并在世界舞台上有一席之地的渴望。这个新兴国家不惜向科学倾注资源，特别是被认为有可能推进其目标的纯物理和应用物理门类。再看看沿着这条线索的其他投资，德国联邦政府和州政府建立了理工大学，这些大学某些方面和传统大学是居于同等水平的，政府还建立了曾经引领世界的化学和电工产业。

三联生活周刊：在你看来，物理学革命如何影响20世纪的世界文化和政治？

海尔布隆：一个显而易见的答案就是，物理学对人类生活有了越来越大的影响力。一些例子，比如武器、电脑和激光，它们的应用都延伸到了科技和消费领域的诸多分支。这也就给予了物理学和物理学家前所未有的影响力。有些物理学家在政府最高层担任顾问，整个物理学科也被列入国家预算的费用项目，获得政府资金支持。

在政治和社会影响力之外，或许我们还应该加上浪漫的力量。例如原子弹开发、登陆月球，还有宇宙探测这些事物都激发了人们的浪漫想象。在浪漫的想象中，有些人打算以后也要成为物理学家。孩子们发现物理学和天文学像恐龙一样充满乐趣……当然了，这是发生在他们被这些学科所蕴含的数学知识难倒之前。

三联生活周刊：20世纪似乎同时发生了两项重大理论变革，一个着眼于极其微观的范围，也就是量子论；另一个应用的尺度极大，即广义相对论。这一现象只是巧合，还是说这两个方向之间有内在联系？

海尔布隆：我认为它们之间存在着很强的内在联系。首先，比如说汉斯·贝特（Hans Bethe）发现了核反应为恒星提供能源，还有乔治·伽莫夫（George Gamow）和其他人发现重化学元素也来自于恒星。即使不通过广义相对论进行计算，它们也和宇宙学有着某种联系。

然后是宇宙背景辐射、脉冲星、类星体以及黑洞的发现，它们促进了人们对广义相对论和宇宙大爆炸遗迹持续的兴趣。在探索宇宙诞生后的第一纳秒时，物理学家综合了量子论和宇宙学两种研究方法。他们已经成为了宇宙（或者说是多元宇宙）的历史学家，在他们看来，整个宇宙是从真空的波动中出现的，而现在正在无限扩张。

像任何历史学研究一样，这还不是完整的故事。物理学家和宇宙学家声称要告诉我们在135亿年前，宇宙诞生的第一纳秒发生了什么，但无法马上告诉我们宇宙的主要组成部分——暗物质是由什么构成的。

三联生活周刊：当时很多人都研究量子论，但似乎只有阿尔伯特·爱因斯坦研究广义相对论。这难道是一个天才独自完成的奇迹吗？

海尔布隆：毫无疑问爱因斯坦是一个天才，物理学界天才的象征，甚至说是整个科学界的天才也不为过。但是他关于广义相对论的想法在他三四十岁时还尚未成熟，很大程度上是因为当时物理学家有更简单和更有吸引力的事情要做，像核物理、与量子论相结合的低温物理、宇宙射线，以及表面物理学、激微波、激光的研究，各种各样的事物就在那儿等着物理学家们来探索。将广义相对论的复杂研究和实验结合的巨大难题并没有吸引传统物理学家。

爱因斯坦移民到美国之后感到很孤独，除了因为追求他的统一场论，还因为反对量子物理学的普遍解释。他不是那种能够领导一个学派的人。多亏了我提到的那些稍晚的实验发现，广义相对论才重获学者兴趣。现在我们可以真正探测到引力波，这真是个美妙的世界！

三联生活周刊：似乎只有在物理学中才会发生这种通过打破自身原有体系而出现的革命式进展？

海尔布隆：我同意，相较于其他学术领域，在物理学以及一些科学领域中更容易发生变革。但是说物理学以及相关科学是唯一可以通过破坏而重建的学科，我并不认同。

比如说，历史这门学科也是通过旧体系瓦解才形成新的体系的学科之一。回想17世纪，在此之前，甚至是在文艺复兴时期，历史这门学科都是通过一系列“好的行为”或“不好的行为”的实例来警示人的，它并没有试图弄清动机，分析大事件，或者与社会、经济发展相结合。我只是泛泛而谈，不过这种情况是普遍存在的。直到17世纪，近代早期的历史学家才开始对大多数来自于古代资料或《圣经》中的邪恶或美德故事敬而远之。在当时，物理学研究也不再局限于亚里士多德和托勒密学究气的传统。与当时的自然哲学家一样，历史学家开始偏向于文物、铭文、钱币、印章、宝石、章程等，而不是通过书本传递的“历史”发展出新的主题、方法和目标。他们对于现代历史学家的研究领域，比如社会史，包括科学史，也越来越感兴趣。

这是一次真正意义上的影响深远的史学革命。试想一下，新的历史研究方法是如何削弱了人们对各种公认真理的信仰的。比如说，历史研究证明《圣经》是许多人共同的作品，而并非是上帝的作品。当然可以肯定的是，仍然会有人否认或没有发现这一事实。

三联生活周刊：在20世纪物理学革命后，科学的范式发生了变化吗？

海尔布隆：我认为有两个明显的变化，第一是行业的规模扩大：在1900年前后，全世界大约有1000名物理学家，这可能比当下工作的人数少了几个数量级；被用于支持研究的资源也成倍增加，社会影响不断扩大。

另一个区别是，在1900年前后，从事物理学研究的人和当今优秀的科学家有着截然不同的特质。当时他们不需要一周工作48小时，此外大多还对音乐、文学、艺术、历史等领域有浓厚的兴趣。像尼尔斯·玻尔这样的人，他的研究意外地挑战了1900年左右德国物理学界的权威——他还能背诵大量的丹麦和德国的古典诗歌；普朗克是一位专业的钢琴家，爱因斯坦会拉小提琴，海森堡会弹钢琴……这些人很多都是大学教授的后代。他们的科学水准和各种文化素养都很高，这使他们有兴趣也有责任，在整体的知识架构之中开展自己的专业研究；而且欧洲物理学家在1900年到1930年之间，对于战争、移民和混乱有着共同的体验，这就使他们成为了非常独特的国际主义者和文化代理人。

尽管现在有人对物理学的基础感兴趣，但大多数物理学家并没有对此太过重视，因为目前资助他们的机构并不需要进行这类研究。物理学在上个世纪发生了变化，这并不奇怪。像其他很多事物一样，物理学也受到了来自两次世界大战、它自身的成果以及物理学重心发生转移的影响——这一重心现在位于美国和亚洲之间。

三联生活周刊：你认为20世纪的物理学研究中最重要的观点是什么？

海尔布隆：与相对论和量子论有关的关于空间、时间、因果关系和概率的新认识。事实证明，这些想法不仅具有革命性，而且非常有影响力，并以某种方式与当下科学的结构完美结合。

它们对哲学也产生了极大的影响，甚至影响了只是对此感兴趣的大众。有关量子物理和相对论的历史或本质的通俗或半通俗书籍，大众似乎有着无穷无尽的兴趣。不管是否理解这些书，他们都会买下这些书，希望从中获得一知半解。

三联生活周刊：在《物理学史》一书中，你写道：“在古代，物理学是一种哲学，是一种自由的艺术，是一个足够富有的自由人做他想做的事的追求。”你怎样描述20世纪革命之后的现代物理学？

海尔布隆：物理学家现在在机构内工作。只有很少的人能够为科学本身做出贡献，他们为政府、生产制造行业和学术界工作。这与古代的“自然哲学家”自得其乐进行研究的情况大相径庭。他们可能属于一个哲学学派，但是，除了半宗教性的毕达哥拉斯学派之外，他们会从一个学派转到另一个学派，当他们厌倦了哲学思考，他们就会做些别的事情。我想，他们中的大多数人都很富有，有仆从为他们处理日常生活事务，从而让他们尽情投入到自己的智识兴趣中去。

由于各种智力活动之间相差无几，哲学家们可以在我们所说的生物学科和物理学科之间转换自如，并且在同一个总体框架内，他们能在经济学、伦理学、艺术和戏剧中自得其乐。这就是古老学派的力量所在：他们试图在几个基本原则的基础上对一切事物进行探索，并且由此构建出一个完整的世界体系。现代物理学家们正在探讨物理世界的大统一理论——即使他们成功了，也仍然达不到亚里士多德学派和柏拉图学派所代表的古老目标，即通过一个单一的概念结构去解释所有的人类实践。

（感谢实习记者詹冰倩、全怡飞整理采访录音） 物理科学革命数学