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          玻爾茲曼的“量子之母”,中科院方在慶教授導讀《玻爾茲曼》

          2023年8月20日晚八點,科學傳播公益項目“高山科學經典”邀請到中國科學院自然科學史研究所研究員方在慶,上海社會科學院哲學研究所副所長成素梅,特普麗總經理,高山書院2021級同學楊帆擔當主持,一起導讀《玻爾茲曼:篤信原子的人》。

          作為奧地利首屈一指的物理學大師,玻爾茲曼以建立統計力學和提出熱力學第二定律的統計解釋而聞名,以他名字命名的成就包括玻爾茲曼分布、玻爾茲曼熵公式、玻爾茲曼常數等。他是19世紀的麥克斯韋與20世紀的愛因斯坦之間的中間環節,其思想深深影響了普朗克的光量子假說和愛因斯坦關于布朗運動的研究,對現代物理學的誕生產生了巨大的影響。

          關于世界本源的問題,一直是科學界爭論不休的話題。在沒有電子顯微鏡的幫助下,玻爾茲曼憑著自己的物理直覺,相信原子的存在,認為物質由分子和原子組成。但他的理論并沒有受到認可,原子論的反對者們常常以“你見過一個真實的原子嗎?”來反駁他,物理化學的創始人之一奧斯特瓦爾德、哲學家馬赫等人與他展開了十年的論戰。然而短短兩年后,1908年,法國物理學家佩蘭的實驗最終證明了原子的存在。但遺憾的是,玻爾茲曼已經無法見證自己的勝利,他以極端的方式離開了這個世界。

          楊帆老師在高山科學經典節目中

          這個謎一樣的結局讓很多人唏噓不已,直播中主持人楊帆老師首先談到,玻爾茲曼以自我結束生命走向了終點,可能與他自身對原子論的堅持有關。方在慶老師在導讀時也以也以這個話題開場,和兩位老師以及守候在直播間的觀眾分享了自己的觀點。

          方在慶老師在高山科學經典節目中

          也許所有的答案都藏在這本傳記《玻爾茲曼:篤信原子的人》之中。

          方老師對此書的導讀從五個部分展開,分別是作者簡介、目錄;玻爾茲曼生平簡介;玻爾茲曼的主要科學貢獻;玻爾茲曼所處的社會政治環境;玻爾茲曼為何以極端方式離世。

          方老師首先提到了楊振寧受邀在維也納舉行的關于玻爾茲曼逝世100周年的紀念會上對玻爾茲曼的評價,楊振寧把玻爾茲曼看成是從經典物理學到現代物理學過渡人物。如果說普朗克是量子力學之父,那么玻爾茲曼就是量子力學之母。方老師認為玻爾茲曼是一個有趣的人,玻爾茲曼當時受到名不見經傳的音樂家安東布魯納的影響,給他種下了一個熱愛音樂的種子,此后終身熱愛音樂。

          在談到玻爾茲曼的成長經歷和科學成就時,方老師導讀中提到15歲時,玻爾茲曼父親的去世給了他巨大打擊,但并沒有使他一蹶不振,他以優異的成績考上了維也納大學攻讀物理學和數學,3年后就拿到了博士學位。

          在格拉茨時期,年僅25歲的玻爾茲曼成為了格拉茨大學數學物理學的正教授,而且在此時期發表了關于氣體分子熱平衡進一步研究的非常重要的論文。并取得了兩個重要的成果,一個是H定理,一個是玻爾茲曼傳輸方程。方老師認為玻爾茲曼對原子的堅定信念實際上源于他對牛頓世界觀的信念,他最重要的成就實際上就是用統計論證的方法確定了熱平衡狀態的特性及其動態演化,解釋了時間不可逆現象。

          成素梅老師(左)、方在慶老師(右上)、楊帆老師(右下)在高山科學經典節目中

          成素梅老師也談到玻耳茲曼的成就和格拉茨大學有很大的關系,在格拉茨大學有很好的研究團隊,和學生的關系融洽,其寬松單一的研究環境幫助他專心做自己的研究,天時地利人和造就了他。

          主持人楊帆也借此概括總結認為對于想做研究的人而言生活簡單、家庭舒適、滿足科研的條件、有良好的研究團隊,才能心無旁騖、專心的做科研。

          在圓桌討論時,方老師分享了關于玻爾茲曼為何以極端方式離世的理由主要從個人個人挑戰、專業爭議、同事和學術界的孤立和誤解、自身健康這些角度來分析,成老師也認為關于這個問題的答案時復雜的,并不是單一的原因造成了玻爾茲曼自殺,這其中往往受到多種因素的影響。

          在提到他人對玻爾茲曼的評價時,方老師認為,奧斯特瓦爾德特別磊落的一點在于他說在科學的敏感性和清晰度方面玻耳茲曼勝過我們所有的人。他個人認為玻耳茲曼對自己是很自信的,比如說,在他晚年的時候,他深信對分子運動論的抨擊是一種誤解。關于成名的科學家都很有特點和個性,而且能得到保持,是一個社會進步和寬容的表現??茖W的繁榮不但要允許個性的存在,而且要允許爭論存在。成老師在最后認為普朗克如果沒有受玻耳茲曼研究的影響,也許量子概念的提出會更晚,所以玻耳茲曼對量子力學有其奠基性工作。

          與科學家一起讀好書,“高山科學經典”是一個由高山書院發起的公益科學傳播項目。邀請百位知名科學家每周導讀一本科學經典書籍,引領公眾參與閱讀的大型科學傳播公益項目,旨在提升全民科學素養、培育科學精神、傳播科學思想。期望在全民學科學的時。背景下,高山科學經典能在科學傳播領域盡一份綿薄之力。

          高山科學經典項目書單

          高山科學經典的目標是,讓科學精神通過書籍,跨越地域、階層、年齡、民族的界限,傳播到每個角落、每個人心中。希望科學成為一種生活方式。與科學家們跨界對談,讓科學更有趣。

          高山科學經典世界讀書日發布會現場

          未來,“高山科學經典”項目將打造三大重點產品:出版《高山科學經典》系列叢書;開展線上導讀直播;沉淀專業級科學導讀視頻節目。達到出版、傳播、教育多重效應。開展全民科學閱讀,共同推動“科學復興”,提升全民族科學文化素質,實現“公心大用”。

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