1906年9月5日, 在意大利的杜伊诺度假村, 有一位年过花甲的老人, 他在旅店之中情绪失控, 最终选择自缢, 从而失去了生命。这位老人, 就是路德维希·爱德华·玻尔兹曼, 他被誉为“热力学和统计物理学奠基人之一”。在他辞世之后, 仅仅过了两年时间, 法国物理学家佩兰所做的实验成功证明了原子的真实存在, 然而, 这位“笃信原子的人”, 却永远都没有办法亲眼见到自己坚持了一辈子的真理被科学界所公认, 这是多么遗憾的事情啊！
一、从维也纳走出的学术巨擘
1844年2月20日那天, 玻尔兹曼于奥地利维也纳出生了。到了22岁的时候, 他在维也纳大学拿到了博士学位。在其学术生涯当中, 他先后在格拉茨大学、维也纳大学、慕尼黑大学和莱比锡大学执教, 并且当选为奥地利帝国科学院院士、瑞典皇家科学院院士以及英国皇家学会外籍院士。
玻尔兹曼在学术方面所做出的贡献, 跨越了热力学以及统计物理这两个大的领域。在1869年的时候, 他把麦克斯韦速度分布律朝着保守力场作用下的情形进行推广, 进而得出了极为著名的玻尔兹曼分布律。1872年, 他构建起了玻尔兹曼方程, 用来对气体从非平衡态转变到平衡态的过度过程加以描述。然而, 实际上让他能够在历史上声名远扬的, 乃是1877年所提出的玻尔兹曼熵公式——他把熵和一个系统的微观状态数目相互联系, 公式是S=k lnΩ。这个既简洁又深刻的公式, 成为了现代物理学的基石当中的一个。
后世数代物理学家, 深受玻尔兹曼之统计力学思想影响。普朗克于建立黑体辐射量子理论之际, 直接采用玻尔兹曼之统计力学方法, 而此前他曾宣称“厌恶热力学”。爱因斯坦更是直接地从麦克斯韦与玻尔兹曼处学习原子论思想, 并将其运用于布朗运动研究之中。
二、与时代论战的“哲学家”
值得指出的是, 玻尔兹曼拥有一个始终引人注目的头衔, 那就是“哲学家”。他除了有诸多贡献外, 对自然科学哲学问题的思考以及投入, 也是颇深刻的。他重视哲学研究, 写有诸如《物质的动理论》等作品, 还反对实证论以及现象论, 坚决捍卫原子实在论。
19世纪末的时候, 物理学界出现了一场有着深远影响的论战, 这场论战是, 以玻尔兹曼作为代表的“原子论”, 与以奥斯特瓦尔德和马赫作为代表的“唯能论”相对抗。玻尔兹曼的对手当中有一个人是马赫, 马赫最开始的时候也接纳原子论, 然而没过多久其观点就发生了很大变化, 他坚定地觉得原子和分子仅仅是“思想之物”以及智力工具, 并不是现象背后的实在。在面对反原子论的巨大浪潮时, 玻尔兹曼曾经很悲观地写道: “我察觉到在反对时代潮流里, 我是独自作战, 力量单薄。”。
事实上, 玻尔兹曼于马赫以及奥斯特瓦尔德个人而言, 内心满是敬重之意, 然而在关于认识的理论问题层面, 却一直都跟他们处于尖锐对立的状态。1895年, 在德国吕贝克举办的第67届自然科学家和医生大会之上, 奥斯特瓦尔德发表了名为《克服科学的唯物论》的演讲, 玻尔兹曼当场站起来进行驳斥, 这场争论正式被激发。他在多篇文章之中, 对马赫的反对看法予以批驳, 为原子的切实存在而努力进行辩解。即便科学界主流发出反对之声, 玻尔兹曼却始终坚守自身原子论信念, 这一信念和他的哲学思想相互依存, 他坚信理论要为科学提供能够直观理解的图像, 这种对“直观性”的坚持, 深刻地影响了他的学术探索。
在玻尔兹曼那里, 其科学哲学思想所抱持的核心, 是一种独具一格的“统计决定论” , 然而他把概率引入到物理学的领域之中, 并且从统计所具备的意义层面, 对热力学第二定律展开了深度的阐释 , 后来在他这个角度而言认为, 所有的自发过程一直都是从概率较小的状态演变达到概率较大的状态, 进而从有序朝着无序方向过渡演进。最终这种把概率思维融入进物理世界图景里面的举措行为, 在当时的阶段称得上是具有革命性的思想突破。
三、阳光之下，阴影之内
然而, 这位堪称科学巨匠的人, 其光环的背后, 存在着一个灵魂, 这个灵魂是充满矛盾的, 也是充满痛苦的。
玻尔兹曼的个性是颇为复杂的, 一方面, 他讲课的时候风趣幽默, 妙语连篇, 被人们誉为“当时的费曼”, 另一方面, 他有着自视甚高与极端不自信相互交织的内心, 这种矛盾对他的精神世界有着非常大的损害, 因为多年来和奥斯特瓦尔德以及马赫的论战, 玻尔兹曼的躁郁症变得愈发严重, 痛苦也与日俱增, 最终是以自杀结束了生命。
有人把他的死亡归责于长期存在的精神困扰, 玻尔兹曼早年的时候, 也曾尝试去自杀, 幸好被家人给救了下来, 但是在1906年9月的时候, 命运没有再给他第二次机会, 他用自缢的方式, 永远地告别了这个曾经被他照亮的世界, 一个充满着矛盾并且有着挣扎的灵魂, 在62岁的时候画上了悲怆的句号。
四、从悲剧走向永恒
令人心痛的是, 玻尔兹曼去世后才过了仅仅两年时间, 法国物理学家佩兰所做的实验最终证实了原子确实是真实存在的, 奥斯特瓦尔德公开表示接受了原子论。可是, 这位被称作“笃信原子的人”, 却始终都没办法亲眼看到自己所取得的胜利。
但时间最终给出了公正的评判, 玻尔兹曼的统计力学思想, 不仅成为量子力学诞生的理论根基, 还更深远地对整个现代物理学的发展进程造成了影响, 玻色、爱因斯坦、费米、狄拉克等人正是处于玻尔兹曼和麦克斯韦所创立的经典统计方法之上, 建立起了量子统计规律。
如今, 玻尔兹曼一动不动且安静异常地躺在维也纳的中央公墓之中, 其墓碑上面雕刻着他耗尽一生精力所书写记下的心爱熵公式: S=k lnΩ。这个公式不仅仅是针对他在学术方面所做出贡献的一种永恒纪念方式, 更是对于这位在科学发展历史进程里最为悲情且堪称算得上悲惨的“哲学家”所表达的最为崇高无比的敬意。
玻尔兹曼, 用他的一生, 去诠释, 一个“哲学家”的使命, 那便是, 坚持真理, 哪怕, 都不被, 同时代的人, 所理解, 哪怕, 还要为此, 付出生命的代价。这位, 物理学领域里, 在十九世纪, 堪称巨人的人物, 其所拥有的精神, 早已跨越, 时空的限制, 永远地, 激励着, 后世的, 科学探索者, 不断地, 不懈地, 向前行进。