玻尔兹曼——笃信原子的人（节选）

aqua2001

《玻尔兹曼——笃信原子的人》[意]卡罗•切尔奇纳尼 著
胡新和  译　上海科学技术出版社，2002年7月

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　　当我们像玻尔兹曼那样深入地研究问题，我们就会认识到，对于支配着我们的世界观念的微观方面的物理学基本定律的理解，与理解日常经验的重要方面迥然不同。物质的基本组分的尺度是如此之小，使得我们无法从它直接得出在宏观层次上的世界图景。存在着不同的结构等级，在每一个层次上都产生出新的概念。即使真实的世界由原子（或甚至更小的粒子）组成，要用这些基本组分来描述世界上的事件也是太困难了。我们所能做的，是在不同层次之间建立起桥梁，以便形成一个一致的图景；而玻尔兹曼的全部工作，正是这种过程中的一个杰作，即如何从原子开始，构造一个说明日常生活的描述。因此，如果玻尔兹曼的方程今天被应用于实用性目的，就毫不奇怪了。当一个航天工程师在研究航天飞机的重返大气层时，他必须考虑到，在飞机的设计中通常所适用的把空气作为连续介质，但在更高的稀薄的大气中就不在适用了，而必须运用玻尔兹曼方程所提供的原子式的描述。如果我们要研究污染空气的非常微小的粒子的运动，由于这些烟雾粒子极小的尺度，我们必须再次抛弃把空气作为连续体的传统模型，而采用玻尔兹曼方程。
　　适当修改后的这一方程，已被运用于研究现代技术的其它领域中的重要现象，从中子在核裂变反应堆中的运动，到带电粒子在未来的聚变反应堆中的运动；从燃烧室中产生的辐射，到今天应用于电子设备，尤其是计算机中的亚微米级集成电路块中载荷子的运动。这一思想同样也传播到了其它处理并非如此之小的粒子的领域，例如团粒材料和公路交通。
P369
　　无论科学如何为自身目标的理想特性而骄傲，不无轻蔑地看待技术和实践，不可否认它的兴起正是为了满足纯实际的需要。此外，当前自然科学的胜利进军如果没有技术专家作为先锋，也不可能造就如此无与伦比的辉煌。
　　这就是为什么我不是把技术成就看作是科学的无足轻重的副产品，而看作其逻辑证明的缘由。不取得这些实际成就，我们就不懂得如何推理。唯有这些推理的正确，才会导致实践的成功。

P290
　　我们必须不是渴望从我们的概念中推导出自然，而必须使概念适应自然。我们必须不是认为每一事物都能按照我们的范畴来安排，或是存在作为这种最完美安排的事物：它不过是可以变化的事物，只是适应于目前的需要。即使是物理学分裂的理论物理和实验物理，也不过是目前所用的二分法的结果，它不会永久地保持下去。

关于理论p302
　　如果我不一开始就问：什么叫理论？我就似乎不是一个真正的理论家了。外行首先看到的是，理论是很重要的，并总是与公式纠缠在一起，而对于未入门者而言，这些公式说得根本不叫语言。然而，这并非理论的本质：真正的理论家总是尽可能地少用公式；能用词语表达的，他总是用词语来表达，而正是在实验家们的书中，公式经常被过分地仅用作装饰。
　　玻尔兹曼的见解是：理论的任务在于构造外部世界的图象，这种图象完全是内在的，必须在所有的思想和实验中，作为我们的“指路星辰”；即如实际情况中那样，把它用在完成一个思维过程，用于每当我们形成一个局部观念时作为总体上的指导。
　　他认为，构造这样的图象，并使之逐步适应外部世界，是人类精神的一种特殊的动力。他接着说：因此，如果我们不得不经常地运用复杂的公式来表征已经变得复杂的图象中的一部分，它们依然是非本质的，不是表示中最有用的形式；在我们看来，哥伦布、罗伯特.迈尔和法拉第是真正的理论家。因为他们的指路星辰不是实际中的说得，而是他们心目中的图象。
　　于是，这一图象的即刻的修改和不断的完善，成为理论的主要任务。想象始终是它的摇篮，而审慎的理解则是它的导师。