五十年科学史

在这里，我将简要介绍一下在我积极从事物理领域工作的期间，物理学在德国的发展情况。为了表述得更加清楚，我们最好忽略事件的时间顺序，去尽力追溯各个特殊的思想派别发展的主要脉络。同时，我也会考虑其他国家的科学家所开展的合作性的工作。如果我提及了一些具体人物，而忽略了其他非常杰出的人物，这些具体人物的姓名也仅仅是作为一种里程碑的标志被提及的，用来表明一个特定的阶段或转折点，并不暗示我个人对所提及的科学家的工作进行了价值评估。

让我们以1880年作为起点。在那个时候，有四个伟大的名字闪耀于其他所有人之上，照亮了物理研究前进的方向。这些名字是：赫尔曼·冯·亥姆霍兹、古斯塔夫·基尔霍夫、鲁道夫·克劳修斯[1]和路德维希·玻尔兹曼[2]。前两位在力学和电动力学的相邻领域是最权威的人物，而后两位在热力学和原子物理学的相关领域有着重要地位。但是，这四位先驱所从事的研究其实并不是真正分离的。他们代表了一种物理学宇宙的概念，这个概念对他们来说是共通的，且他们对于这个概念的态度处于最紧密的和谐之中。这个共通的概念建立在一个双重的基础之上：这个基础的第一部分由哈密顿的最小作用原理组成[3]，其中包含了能量守恒原理；第二部分则表现为热力学第二定律[4]。

在当时，所有物理学家都几乎肯定地认为，理论物理学的任何后续发展都必然朝着解答出这两个普遍原理的最终结论并加以应用的方向发展。人们做梦也没有想到，在如此短暂的时间里，这两个如此骄傲地独力支持着物理学结构的原理，会不得不容许其他原理以一个独立且平等的立足点加入它们的合作关系中去。

这些新原理的出现，已经在我提到的那些前辈先驱者的一些思想中有所预兆，而且也体现在那些代表新生代的人物的思想倾向里。后者之中最杰出的人物是海因里希·赫兹[5]。赫兹伫立于新时代的开端，他对现代物理学的贡献是不可估量的。但不幸的是，他英年早逝，工作也因此而中断。在去世前，他还作为波恩大学的理论物理学教授，积极投入工作中。尽管他对电磁波在真空中的传播取得了划时代的发现，但赫兹并没有建立一种新的科学学说。他所获得的成就只是将一个已经存在的理论变得更加完备，而他最终建立的麦克斯韦光理论取代了其他相关理论，这些理论长久以来相互斗争以争夺电动力学领域内的优先解释权。由于获得了这些成绩，在理论物理学的统一方面取得重要进展的成就必须归功于赫兹。由此，他将光学和电动力学纳入了同一种学说规则之下。

他最后的工作是将牛顿力学简化到了一种理想的程度。在牛顿力学中，动能和势能总可以作为两种本质上不同的实体来加以区分。通过彻底地消除“力”的概念，赫兹成功地统一了动能和势能这一组二分概念。牛顿力被赫兹确定为物质的内部运动，所以从前所谓的势能现在被这种动力学概念所取代。然而，赫兹从未试图从任何特定的方向去解释这些内在运动的本质，例如引力的本质。他满足于在原则上设立这种关于统一的假设。

如果我们把某些还处于所谓发展初级阶段的理论也考虑在内，我们可以说，在19世纪末，理论物理学作为一个整体，代表了一个完整且各部分完美地结合在一起的结构壮观的那一面。然而，敏锐的观察者一定会注意到，这个基础上的某些部位有一些开放的缺口，看起来并不让人满意。赫兹也注意到了这一点，而且他成功地让大家注意到，事实上，对这一结构的整合将被证实是不可能的，或至少是非常困难的。这些缺口很快成为科学批判的攻击对象。这种批判也发展成为一种创造性的运动，最终引起了理论物理学自牛顿时代以来所经历过的最为重大的扩展。

在物理学中，或者说，事实上在所有学科中，没有一个学说体系会自愿改弦更张。这时总会需要外部环境提供压力。其实，一个理论系统越易懂、越全面，它就越会顽固地抵抗一切将它重建或扩展的力量。这是因为，对于一个具有全面的逻辑融贯性的思想的综合体来说，对结构中某个部分所做出的任何更改，都一定会扰乱其他的部分。比如，要接受相对论，最主要的困难并不仅仅是它有什么客观优点的问题，而是它将会在多大的程度上颠覆理论动力学的牛顿式结构。事实上，除非从外界施加一个强大的压力，否则就无法对一个牢固构建的思想综合体进行任何改变。这种强大的压力必须来自一种结构完善的理论，并且该理论经由实验研究的测试已经得到了牢牢的巩固。只有这样，我们才能让迄今为止被公认为正确的理论教条“投降”。而且只有这样，我们才能成功迫使整个学说结构得到根本修正。在经历过这种类型的重建之后，会不可避免地出现需要用实验研究来解决的一系列新问题。正是在解决这些问题的过程中，人们提出新的理念，从而产生了对进一步的理论和假说的表述。

这种理论与实验的选择性游戏，一方面在理论构建中以抽象理性为准，另一方面又以客观现实上的应用对理论进行检验，是现代物理的独有特征。事实上，它在所有的科学进步中都有着重大的意义，因为它是能够产生值得依赖并经得住考验的结果的唯一安全可靠的来源。

理论物理学中有两个问题，可以说，在赫兹生命的最后阶段，吸引了他几乎全部的注意力。但他在解决这两个问题上的所有尝试全都失败了。这两个问题最终成为我们今天的物理学从中发展出来的核心。这两个问题研究的是：①阴极射线的本质；②电动力学运动。这两个问题都有着它们自己的历史，每个问题都提供了一个独立发展的起始点。前一个问题引出了电子理论，后一个问题引出了相对论。