美国物理学的转型_崛起及其给我们的启示

第25卷 第4期

2009年 4月

自然辩证法研究

Studies in Dialectics of Natur e

V ol.25,N o.4A pr.,2009

文章编号:1000-8934(2009)04-0083-07

美国物理学的转型、崛起及其给我们的启示

杨 庆 余

(徐州师范大学物理学与电子工程学院,江苏徐州221116)

摘要:19世纪,美国物理学一直处于世界科学的边缘。从20世纪20年代后期开始到二战结束这短短的20年间,美国物理学经历了转型、崛起的重要时期,这些机遇的接踵而至是众多复杂因素共同推动的结果。美国实用主义科学传统带来了科学启蒙运动;留德学潮和高等教育的发展为美国培育了现代物理学的土壤;20世纪20年代欧洲伟大学者的频繁访问为美国带来了睿智的思想火花;希特勒无偿赠送的 礼物 为美国物理学的腾飞增添了翅膀;美国人在每一个关键时刻都把握了机遇;20世纪50年代以后,美国迅速成为世界上诺贝尔物理学奖的主要得主就是明证。

关键词:实用主义科学传统;留德学潮;现代物理学;诺贝尔物理学奖中图分类号:N 031 文献标志码:A

收稿日期:2008-04-25

作者简介:杨庆余(1961!),江苏连云港人,徐州师范大学物理学与电子工程学院教授,主要研究方向:科学史和科技哲学。

19世纪初叶的美国人在物理学领域除少数成就以外一直处于世界科学的边缘。19世纪中叶以后,一大批年青的美国人去数学和物理学领域最发达的德国留学,他们把德国的科学思想和大学模式带回了美国,并导致了美国高等教育深层次的改造运动。到20世纪20年代后期,美国物理学突然进入了的成年期,尽管美国人没有创立量子力学,但美国新一代年青的理论物理学家迅速加入了这一行列。20世纪50年代以后,美国一直在现代物理学领域称雄于世。

1 美国实用主义科学传统

美国是有着实用主义科学传统的国家,这种传统是从富兰克林(Fr anklin Benjamin)、杰斐逊(Jef ferso n T homas)和杰克逊(Jackson Willis)那里继承下来的,他们共同的个性是自信、个人主义和注重实践技艺,这种个性助长了美国工业研究的风气。在19世纪的美国人心目中最值得崇拜的是机械学家惠特尼(Whitney Eli)、福特(Ford H enry )、大发明家爱迪生(Edison Thom as)、莫尔斯(M orse Samu el),美国人崇拜他们就像波兰人崇拜哥白尼(Co pernicus Nicolas),俄国人崇拜波波夫(Popov Alex ander )、齐奥尔科夫斯基(T siolkov sky Konstan tin),法国人崇拜居里(Cur ies)夫妇,英国人崇拜牛顿(New ton Isaac)一样。特别是爱迪生,继电话、电

灯、留声机以及其他一千多种发明问世之后,又陆续发明了汽车、荷尔炼铝法、金钢砂、人造石墨、威尔逊碳化钙提炼法、乙炔的工业应用以及石油提炼过程中的去硫法等,这些举不胜举的例子,给公众留下了深刻的印象,后来的工业研究都倾向于以他为楷模。19世纪末叶前后的美国科学还被视为一种原始的事业,是智力上的一潭死水,人们轻易地把那个时代的研究说成是仅仅为了实用。正如那个时代著名天文学家西蒙∀纽康毕(New co mb Sim on)指出的,技术常常在美国得到称赞,但科学却常常被视为太抽象!!!值得尊敬,但不值得支持。一位观察者写道:美国人##倾向于不去研究古代天才的象形文字,而是研究如何开垦广袤无垠的土地。##这个国家的青年人不是去学习科学理论,而是学习各种技术的应用。对偏重工业应用研究而忽视纯科学研究首先提出质疑的,是美国著名物理学家、美国物理学会第一任会长亨利∀奥古斯特∀罗兰(Ro w land H enry Augustus),1883年8月15日,他在美国科学促进会(American Phy sical Society )年会上做了题为 为纯科学呼吁 (Aplea for Pure Science)的演讲。该演讲后发表在1883年8月24日出版的∃科学%(Science)杂志上,并被誉为 美国科学的独立宣言 。在他的演讲中针锋相对地写道: 必须怎样做才能在这个国家建立物理学,而不是把电报、电灯等等这类设施统统叫做科学呢?##一个厨师创制一种新的佳肴,从而在一定程度上造福于世界,但

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我们并不会给他冠以化学家的称号, 要运用科学,就必须让科学自身独立地存在下去,如果我们只注意科学的应用,必定会阻止它的发展,那么要不了多久,我们就会退化成像中国人那样,他们几代人在科学上没有取得什么进展,因为他们只满足于科学的应用,而根本不去探讨为什么要这样做的原因。

赞同纯科学研究和支持工业研究的两派各持自己的观点。爱迪生方法的最早支持者何瑟∀D.利特尔(Litel D A rthur)也毫不留情地回击道: 我们绝大多数人都相信,单纯为科学而科学就像为艺术而艺术或为文学而文学一样毫无意义,而且极为有害。世上万物的存在是为了人类,并非为其自身,更不是人类为了万物而存在。就在此时,美国电话电报公司的卡蒂(Car ti J.F)于1916年在美国电气工程师协会主席的就职演说中就纯科学研究对工业界的价值明确指出: 纯科学总的来说所做的贡献对于整个工业界是具有不可估量的价值的。这种观点对美国后期走上纯科学研究与工业研究相结合的 工业科学研究模式起到了推波助澜的作用。第一次世界大战前工业界大量纯科学的输入来自于欧洲,一战改变了这种状况。正如卡蒂所说,战争促使人们 对工业科学研究的重要性日益加深理解。这种研究不仅有助于国防,而且也是和平时期每一种工业的必要组成部分##虽然在20世纪二三十年代各大专院校仍是与工业界隔绝,但也有像加州理工学院与飞机制造工业的合作以及麻省理工学院与石油工业的合作,这些合作不失为纯科学研究与工业研究成功结合的典范。

1892年,爱迪生通用电气公司与汤姆森-豪斯顿电气公司合并成为通用电气公司,该公司在1900年聘请麻省理工学院应用科学家惠特尼(Whitney Willis),出任应用基础科学知识于技术的工业研究实验室主任,该公司果断地采取了在企业中建立学院式的研发组织,给研究人员充分的主动权和自由,从而在技术创新上取得了重大成就。1913年,该公司科学家兰缪尔(Lang mur Irving)对表面化学的研究,导致他发现了液体和固体表面吸附层与压力和温度的关系定律,还发现了触媒对于表面化学反应的作用,从而获得1932年诺贝尔化学奖,这是工业研究实验室的科学家获得的第一个诺贝尔奖。企业界人士普遍认识到工业研究实验室依靠科学研究可以获得重大效益,这就极大地促进了新型工业科学研究在美国的迅速发展。

1880年美国科学界大约有3300名从业人员,他们在各自的行业中不同程度地运用科学,真正发表著作的研究人员最多有500人。美国科学界绝大多数是男性,当时有为数很少的女科学家,她们不是在女子学院任教就是当男科学家的助手,约有30多人曾发表过研究成果。但很少有像美国艺术和科学院院士、瓦萨学院教授、天文学家玛丽亚∀米切尔(M itchell M aria)取得那样突出成就的。最大的学科化学拥有将近2000名从业人员,物理学当时是作为最小的学科,从业人员不到200人。美国人通常在综合性的全国主要研究刊物∃美国科学杂志%(A merican Science M agazine)上发表文章,但他们最好的研究成果仍然还在欧洲科学杂志上发表。不过, 1880年美国物理学界也产生了几位具有国际影响的物理学家,他们分别是:举世无双的天才吉布斯(Gibbs Josiah),由于他在化学热动力学上的贡献,麦克斯韦(M ax w ell James)给予他极高的评价;亨利∀罗兰,1883年他首次用衍射光栅进行了光谱分析,还有因测量光速的成就而举世闻名的著名物理学家迈克尔逊(M ichelson Albert),他1878年至1890年间以著名的迈克尔逊!莫雷实验为美国纯科学研究树立了精确测量的典范。

2 美国物理学的艰辛之路

19世纪中后期,美国科学还没有树立起和这个国家经济相称的名望。1874年,著名的天文学家西蒙∀纽康毕写道,美国 差不多在精确科学的每一个分支领域都落伍于世界整整一代人的时光。他把这种差距归之于 一个命题!!!美国人太易于把伟大的学术努力看成仅仅是像艺术体操那样力量的技巧(tour s de force)。1870年左右,美国高等教育的机构设置相当薄弱,只有极少数的物理学博士是在美国培养的,第一个持续的研究和培养计划是19世纪70年代晚期在亨利∀罗兰指导下的约翰∀霍普金斯大学建成的。那时还没有专业物理学期刊的出现,科学的组织化和制度化还处于萌芽状态。

1893年,康奈尔大学的年轻教授尼克尔斯(Nichols L.Edw ard)创办了∃物理学评论%(Physi cal Rev iew),这对美国物理学家群体来说是19世纪90年代在物理学专业领域上的一项巨大成就;它利用校董事会支助的津贴希望给 年轻物理学家提供有价值的论坛。它的前十五卷的扉页上标明 代康奈尔大学发行,在1903年,它改写为 由美国物理学会合作指导。∃物理学评论%初期所发表的1/4以上的文章来自康奈尔的物理学家,常规的事实收集型论文充斥着期刊。1899年5月20日,经罗兰、迈克尔逊、韦伯斯特和尼克尔斯等人倡议,38位物理学家聚集在哥伦比亚大学的费耶惠泽礼堂发起成

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