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玻尔兹曼的“量子之母”,中科院方在庆教授导读《玻尔兹曼》

2023年8月20日晚八点,科学传播公益项目“高山科学经典”邀请到中国科学院自然科学史研究所研究员方在庆,上海社会科学院哲学研究所副所长成素梅,特普丽总经理,高山书院2021级同学杨帆担当主持,一起导读《玻尔兹曼:笃信原子的人》。

作为奥地利首屈一指的物理学大师,玻尔兹曼以建立统计力学和提出热力学第二定律的统计解释而闻名,以他名字命名的成就包括玻尔兹曼分布、玻尔兹曼熵公式、玻尔兹曼常数等。他是19世纪的麦克斯韦与20世纪的爱因斯坦之间的中间环节,其思想深深影响了普朗克的光量子假说和爱因斯坦关于布朗运动的研究,对现代物理学的诞生产生了巨大的影响。

关于世界本源的问题,一直是科学界争论不休的话题。在没有电子显微镜的帮助下,玻尔兹曼凭着自己的物理直觉,相信原子的存在,认为物质由分子和原子组成。但他的理论并没有受到认可,原子论的反对者们常常以“你见过一个真实的原子吗?”来反驳他,物理化学的创始人之一奥斯特瓦尔德、哲学家马赫等人与他展开了十年的论战。然而短短两年后,1908年,法国物理学家佩兰的实验最终证明了原子的存在。但遗憾的是,玻尔兹曼已经无法见证自己的胜利,他以极端的方式离开了这个世界。

杨帆老师在高山科学经典节目中

这个谜一样的结局让很多人唏嘘不已,直播中主持人杨帆老师首先谈到,玻尔兹曼以自我结束生命走向了终点,可能与他自身对原子论的坚持有关。方在庆老师在导读时也以也以这个话题开场,和两位老师以及守候在直播间的观众分享了自己的观点。

方在庆老师在高山科学经典节目中

也许所有的答案都藏在这本传记《玻尔兹曼:笃信原子的人》之中。

方老师对此书的导读从五个部分展开,分别是作者简介、目录;玻尔兹曼生平简介;玻尔兹曼的主要科学贡献;玻尔兹曼所处的社会政治环境;玻尔兹曼为何以极端方式离世。

方老师首先提到了杨振宁受邀在维也纳举行的关于玻尔兹曼逝世100周年的纪念会上对玻尔兹曼的评价,杨振宁把玻尔兹曼看成是从经典物理学到现代物理学过渡人物。如果说普朗克是量子力学之父,那么玻尔兹曼就是量子力学之母。方老师认为玻尔兹曼是一个有趣的人,玻尔兹曼当时受到名不见经传的音乐家安东布鲁纳的影响,给他种下了一个热爱音乐的种子,此后终身热爱音乐。

在谈到玻尔兹曼的成长经历和科学成就时,方老师导读中提到15岁时,玻尔兹曼父亲的去世给了他巨大打击,但并没有使他一蹶不振,他以优异的成绩考上了维也纳大学攻读物理学和数学,3年后就拿到了博士学位。

在格拉茨时期,年仅25岁的玻尔兹曼成为了格拉茨大学数学物理学的正教授,而且在此时期发表了关于气体分子热平衡进一步研究的非常重要的论文。并取得了两个重要的成果,一个是H定理,一个是玻尔兹曼传输方程。方老师认为玻尔兹曼对原子的坚定信念实际上源于他对牛顿世界观的信念,他最重要的成就实际上就是用统计论证的方法确定了热平衡状态的特性及其动态演化,解释了时间不可逆现象。

成素梅老师(左)、方在庆老师(右上)、杨帆老师(右下)在高山科学经典节目中

成素梅老师也谈到玻耳兹曼的成就和格拉茨大学有很大的关系,在格拉茨大学有很好的研究团队,和学生的关系融洽,其宽松单一的研究环境帮助他专心做自己的研究,天时地利人和造就了他。

主持人杨帆也借此概括总结认为对于想做研究的人而言生活简单、家庭舒适、满足科研的条件、有良好的研究团队,才能心无旁骛、专心的做科研。

在圆桌讨论时,方老师分享了关于玻尔兹曼为何以极端方式离世的理由主要从个人个人挑战、专业争议、同事和学术界的孤立和误解、自身健康这些角度来分析,成老师也认为关于这个问题的答案时复杂的,并不是单一的原因造成了玻尔兹曼自杀,这其中往往受到多种因素的影响。

在提到他人对玻尔兹曼的评价时,方老师认为,奥斯特瓦尔德特别磊落的一点在于他说在科学的敏感性和清晰度方面玻耳兹曼胜过我们所有的人。他个人认为玻耳兹曼对自己是很自信的,比如说,在他晚年的时候,他深信对分子运动论的抨击是一种误解。关于成名的科学家都很有特点和个性,而且能得到保持,是一个社会进步和宽容的表现。科学的繁荣不但要允许个性的存在,而且要允许争论存在。成老师在最后认为普朗克如果没有受玻耳兹曼研究的影响,也许量子概念的提出会更晚,所以玻耳兹曼对量子力学有其奠基性工作。

与科学家一起读好书,“高山科学经典”是一个由高山书院发起的公益科学传播项目。邀请百位知名科学家每周导读一本科学经典书籍,引领公众参与阅读的大型科学传播公益项目,旨在提升全民科学素养、培育科学精神、传播科学思想。期望在全民学科学的时。背景下,高山科学经典能在科学传播领域尽一份绵薄之力。

高山科学经典项目书单

高山科学经典的目标是,让科学精神通过书籍,跨越地域、阶层、年龄、民族的界限,传播到每个角落、每个人心中。希望科学成为一种生活方式。与科学家们跨界对谈,让科学更有趣。

高山科学经典世界读书日发布会现场

未来,“高山科学经典”项目将打造三大重点产品:出版《高山科学经典》系列丛书;开展线上导读直播;沉淀专业级科学导读视频节目。达到出版、传播、教育多重效应。开展全民科学阅读,共同推动“科学复兴”,提升全民族科学文化素质,实现“公心大用”。

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