莎士比亞烙丛、牛頓和貝多芬:不同的創(chuàng)造模式

(【美】S·錢德拉塞卡)

16世紀(jì)和17世紀(jì)科學(xué)家的目的與現(xiàn)代科學(xué)家有明顯的不同。牛頓是最突出的例子羔味。在大瘟疫時期他避居于家鄉(xiāng)伍爾茲索普河咽，這一期間他發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律和其他一些定律。大約20年之后赋元，在哈雷的請求下他才重新寫出開普勒第一定律的推導(dǎo)忘蟹，但他沒有就此打住，他甚至也不滿意他隨后做的演講《論物體的運(yùn)動》搁凸。不寫完全部《原理》他是不會罷手的：他寫這本書的速度和連貫性辛掠，在人類思想史上真是無與倫比炕贵。

從現(xiàn)有的認(rèn)識水平來看额各，牛頓的拼搏在一個方面給人們以啟迪垃喊，那就是他并不急于宣布他的發(fā)現(xiàn)；他想完成的研究遠(yuǎn)不止這一個發(fā)現(xiàn)嫡良，他似乎要把他的發(fā)現(xiàn)放在整個科學(xué)領(lǐng)域之中锰扶，而且他認(rèn)為科學(xué)是一個整體，是一個他有能力建成的整體寝受。在牛頓所處的時代坷牛，這種科學(xué)觀比較普遍，例如開普勒在給出行星運(yùn)動定律后羡蛾，他本可心滿意足漓帅，但他卻決定寫一本《新天文學(xué)》。伽利略也是如此痴怨，他在做出他的一些偉大發(fā)現(xiàn)后并沒有停步忙干，他顯然認(rèn)為他必須寫出《關(guān)于兩種新科學(xué)的對話》。后來浪藻，拉普拉斯和拉格朗日繼承了開普勒捐迫、伽利略和牛頓的這一傳統(tǒng)。

當(dāng)然啦爱葵，如果現(xiàn)在一個正常的人還去刻意模仿牛頓施戴、伽利略和開普勒反浓，別人一定會取笑他，認(rèn)為他閑著沒事干赞哗。但是雷则，這些范例表明，以巨大的視野作為科學(xué)的目的在科學(xué)史上確實(shí)存在過肪笋，而現(xiàn)在科學(xué)的目的則沒有往日那么宏大≡屡現(xiàn)在的科學(xué)目的逐漸轉(zhuǎn)向強(qiáng)調(diào)改變科學(xué)方向的發(fā)現(xiàn)上，這種改變也許是大勢所趨藤乙，不可避免猜揪。與伏打、安培坛梁、奧斯特和法拉第名字相聯(lián)的一些發(fā)現(xiàn)而姐，必然先于麥克斯韋的綜合；它們各自需要不同類型的努力划咐。無論如何拴念，強(qiáng)調(diào)“發(fā)現(xiàn)”的傾向仍在繼續(xù)，而對在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中如何理解取得科學(xué)成就的主要因素褐缠，則進(jìn)一步突出和強(qiáng)化了這種傾向丈莺。用一個簡單的框架把某人的想象綜合起來，即使在有限的范圍里送丰，也已經(jīng)失去了價值。例如弛秋，我們不會向愛因斯坦提出這樣一個問題：在發(fā)現(xiàn)他的引力定律20年后器躏，他有沒有設(shè)想（或感到能夠）寫一本像《原理》那樣的書來闡述廣義相對論。

假如16世紀(jì)和17世紀(jì)的偉大科學(xué)家對科學(xué)追求的目的在今日仍然通用蟹略，那么藝術(shù)家和科學(xué)家在創(chuàng)造模式上的差別登失，也許就不會出現(xiàn)了。這種看法正確嗎挖炬？

但對選擇天文學(xué)和天體物理學(xué)作為精密科學(xué)的代表揽浙，我卻沒有絲毫疑慮。因?yàn)樵谒芯芸茖W(xué)的學(xué)科中意敛，天文學(xué)最具綜合性馅巷。它需要綜合各個不同時期的學(xué)術(shù)成就，以便在實(shí)踐中逐步完善草姻。另一方面钓猬，在所有科學(xué)中天文學(xué)占有獨(dú)特地位，諾伊格鮑爾（O.Neugebauer）2曾經(jīng)說過： 自從羅馬帝國衰亡以來撩独，天文學(xué)是所有古代科學(xué)學(xué)科中唯一完整流傳下來的分支敞曹。當(dāng)然账月，在羅馬帝國殘存的地域內(nèi)天文學(xué)研究的水平下降了，但天文學(xué)理論與實(shí)踐的傳統(tǒng)卻從來沒有丟失澳迫。相反局齿，印度和阿拉伯的天文學(xué)者改進(jìn)了希臘三角學(xué)的笨拙方法，新的觀察結(jié)果不斷地與托勒密的觀察結(jié)果加以比較橄登，等等抓歼。

人們只有將這種情形與希臘數(shù)學(xué)的較高分支的完全失落這一情形加以對比，才能認(rèn)識到天文學(xué)是聯(lián)系現(xiàn)代學(xué)科與古代學(xué)科的最直接環(huán)節(jié)示绊。的確锭部，只有不斷地參考古代的方法和概念后，人們才能理解哥白尼面褐、第谷·布拉赫和開普勒的著作拌禾，但是，我們要想理解希臘人有關(guān)無理數(shù)的理論和阿基米德的集合方法展哭，那只有現(xiàn)代科學(xué)家在新發(fā)現(xiàn)它們后才可能湃窍。

至于講到分類本身，我認(rèn)為最好的例子莫過于盧瑟福（E.Rutherford）發(fā)現(xiàn)α粒子的大角散射匪傍。他做的這個實(shí)驗(yàn)非常簡單您市。用某種放射性物質(zhì)發(fā)射出來的高能a粒子轟擊一層薄箔時，盧瑟福發(fā)現(xiàn)α粒子有時被完全彈了回來——這種完全彈回的粒子很少役衡，但確確實(shí)實(shí)存在茵休。在他晚年（1936年）回想這種現(xiàn)象時。他說：“這是我一生中所遇到的最難以令人置信的事手蝎￠泡海”

他還這樣描述過他當(dāng)時的反應(yīng)：“其難以置信的程度就像用一發(fā)15英寸的炮彈射擊一張衛(wèi)生紙，炮彈反彈回來并擊中炮手棵介《ぱ欤”他還寫道： 經(jīng)過仔細(xì)思考，我馬上意識到這種反方向的散射肯定是出自某種單一的碰撞邮辽。經(jīng)過計算我發(fā)現(xiàn)唠雕，除非重建一個原子模型。在新模型中原子的絕大部分質(zhì)量都集中在某個很小的核上吨述，否則是不可能得到這種數(shù)量級的散射結(jié)果岩睁。正是從那時起，我認(rèn)為原子有個很小但很重的帶電質(zhì)心锐极。我發(fā)現(xiàn)笙僚，某一給定角度的散射粒子數(shù)與箔厚成正比，與核電量的平方成正比灵再，與粒子速度的四次方成反比肋层。這些推論后來被蓋革（Geiger）和馬斯頓（Marsden）用一系列漂亮的實(shí)驗(yàn)證實(shí)亿笤。 作為所有學(xué)科基礎(chǔ)的原子核模型就這樣產(chǎn)生了。一個唯一的觀測和對此所做的正確解釋栋猖，竟導(dǎo)致了科學(xué)思想的革命净薛，這在科學(xué)史上也是無與倫比的。

能被稱為“基礎(chǔ)”定律的首例起源于天文學(xué)蒲拉，我指的是開普勒（J.Kepler）的發(fā)現(xiàn)肃拜。開普勒對第谷·布拉赫（Tycho Brahe）的大量觀察結(jié)果做了長時間和耐心的分析后，終于發(fā)現(xiàn)了行星運(yùn)動的定律雌团。后來燃领，開普勒定律又導(dǎo)致了牛頓（1.Newton）著名的萬有引力定律，而牛頓萬有引力定律兩百多年來一直在科學(xué)舞臺上起主導(dǎo)作用锦援。過一會我還會回過頭從不同的角度來討論這個問題猛蔽，但這個例子足以說明，只有在萬有引力的領(lǐng)域里天文學(xué)才能直接引出具有基礎(chǔ)性的結(jié)論灵寺。

還有一個例子可以說明這件事實(shí)曼库，水星的實(shí)際運(yùn)動軌道與根據(jù)牛頓定律預(yù)測的軌道之間存在著細(xì)微的偏差，該偏差指出了且隨后證實(shí)了由廣義相對論蘊(yùn)含的對時空觀的根本變革略板。這一事實(shí)進(jìn)一步說明了上述“天文起源”（即“基礎(chǔ)定律首例起源于天文學(xué)”）問題毁枯。哈勃（E.P.Hubble）發(fā)現(xiàn)銀河系外星云正在遠(yuǎn)離我們而去，其遠(yuǎn)離的速度與它們跟銀河系的距離成正比叮称，同樣种玛，這一發(fā)現(xiàn)頗有可能導(dǎo)致我們基礎(chǔ)概念的進(jìn)一步修改。

人們早已發(fā)現(xiàn)瓤檐，地球上所有物體均受到一個指向地心的引力作用蒂誉。然而這種引力能夠影響到多大范圍呢？它能影響到月亮那么遠(yuǎn)的地方嗎距帅？牛頓向自己提出了這些問題，并且他回答了它們括堤。伽利略已經(jīng)證明碌秸，勻速直線運(yùn)動和靜止都是物體的自然狀態(tài)，偏離這種自然狀態(tài)需要力的作用悄窃。假定月亮不受任何力的作用讥电，它將脫離軌道而沿軌道的瞬時切線方向離去。如果月亮的運(yùn)動是由于地球引力形成的轧抗，那么這種引力的作用就是把月亮從瞬時切線方向拉到軌道上運(yùn)動恩敌。由于月亮繞地球轉(zhuǎn)動的周期和距離都是已知的，所以很容易算出月亮在1秒鐘內(nèi)由切線落下的距離横媚。將這個值與自由落體的速度比較之后纠炮，牛頓發(fā)現(xiàn)兩者之比為1：3600月趟。又因?yàn)樵铝恋降匦牡木嚯x是地球表面上物體到地心距離的60倍，這就意味著存在一個與距離平方成反比的力恢口。

牛頓向自已提出的第二個問題是：引力的這種性質(zhì)到底在多大程度上有效孝宗。特別是太陽是否也有類似的力使行星作軌道運(yùn)動，就像地球引力使月亮作軌道運(yùn)動一樣耕肩？這些問題的答案可在開普勒定律找到因妇。牛頓指出：開普勒第二定律——行星在相同時間內(nèi)掠過相同面積——意味著存在一有心力，即指向太陽的一種力猿诸；開普勒第一定律——行星軌道為橢圓且以太陽為橢圓的一個焦點(diǎn)——是引力平方反比定律的一個結(jié)論婚被；最后，若同一定律對各個行星均成立的話梳虽，那么址芯，行星運(yùn)動的周期和距離的關(guān)系就在開普勒第三定律中得到表述。牛頓就是以這樣的方式闡明他的萬有引力定律怖辆，即宇宙中任一粒子對其他任何粒子都有引力作用是复，其大小與它們之間距離的平方成反比，與兩粒子的質(zhì)量成正比竖螃。應(yīng)該注意到在這個公式的描述中用了“宇宙”這個詞淑廊，這就很清楚地表明了該公式的重要性在于它的普適性。

自從牛頓定律公諸于眾后特咆，天文學(xué)中眾多的進(jìn)展都與牛頓定律在太陽系運(yùn)動中的應(yīng)用有關(guān)季惩。牛頓本人就得出了很多的重要結(jié)論。這里只講兩個例子：其一腻格，他正確地解釋了海洋的潮汐現(xiàn)象画拾；其二，他還正確地解釋了距他兩千多年之前喜帕恰斯（Hipparchus）就發(fā)現(xiàn)了的歲差現(xiàn)象菜职。

將牛頓定律運(yùn)用到整個太陽系是一項(xiàng)極其艱巨的任務(wù)青抛，它耗盡了許多科學(xué)巨匠畢生的精力，如拉格朗日酬核、拉普拉斯蜜另、歐拉、亞當(dāng)斯嫡意、德勞雷（Delaunay）举瑰、希爾（Hill）、紐康姆（Newcomb）以及龐加萊等蔬螟。 我前面已經(jīng)講過此迅，用牛頓定律不能完全解釋水星的運(yùn)動。水星實(shí)際運(yùn)動軌道與牛頓定律計算出來的軌道有小小的偏離，這種偏離體現(xiàn)為一種整個軌道的緩慢進(jìn)動耸序，該進(jìn)動速率比用牛頓定律計算出來的速率要超出一點(diǎn)點(diǎn)忍些，即一百年只有42弧秒。現(xiàn)在佑吝，用愛因斯坦的廣義相對論似乎已經(jīng)能圓滿地解釋水星的這種進(jìn)動坐昙。

現(xiàn)在，牛頓定律仍能有效地運(yùn)用到天文學(xué)眾多的領(lǐng)域里芋忿。其中最新的領(lǐng)域是將整個銀河系的運(yùn)動作為一個整體進(jìn)行研究炸客，這個動力學(xué)的新分支稱之為“天體動力學(xué)”。其發(fā)展極為迅速戈钢，有著廣闊的前景痹仙。

有時我們將同一類思想應(yīng)用到各種問題中去，而這些問題乍看起來可能毫不相關(guān)殉了。例如开仰，用于解釋溶液中微觀膠體粒子運(yùn)動的基本概念同樣可用于解釋星群的運(yùn)動，認(rèn)識到這一事實(shí)是令人驚奇的薪铜。這兩種問題的基本一致性——它具有深遠(yuǎn)的意義——是我一生中所遇到的最令人驚訝的現(xiàn)象之一众弓，

“布朗運(yùn)動”現(xiàn)象是英國植物學(xué)家布朗（R.Brown）在1827年發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)他觀察懸浮在水中的微粒（他用的是花粉）時隔箍，他發(fā)現(xiàn)這些微粒永遠(yuǎn)不會靜止下來谓娃，處于一種不停地騷動狀態(tài)。現(xiàn)在想來似乎可笑蜒滩，起初這種不停的運(yùn)動竟被認(rèn)為是花粉的生命活動引起的滨达，但是布朗馬上就指出這種解釋是不可能的。因?yàn)榧词故菑陌＜八狗铱怂故裆先〉玫募?xì)微塵埃俯艰，也具有同樣的行為〖癖椋現(xiàn)在我們知道，布朗運(yùn)動起源于膠體微粒與他們周圍的液體分子的碰撞竹握。既然最細(xì)小的膠體微粒也要比單個的分子重幾百萬倍画株，顯然單一的碰撞幾乎不會對膠體微粒產(chǎn)生任何影響。但大量碰撞的總體效應(yīng)是可觀的啦辐。令人驚詫的是用于研究布朗運(yùn)動的同樣方法污秆，也適用于研究像昴星團(tuán)這樣的星群運(yùn)動。

我們可以這樣做的原因是：當(dāng)星群中的兩顆星擦身而過時昧甘，每顆星體運(yùn)動的方向和量值都發(fā)生了變化。由于星體間的作用力與距離的平方成反比战得，作為單個效應(yīng)來說星體的運(yùn)動受到的影響很小充边，但同樣的由于大量的這類交遇，其累積效應(yīng)就產(chǎn)生了可觀的變化。很明顯浇冰，這與布朗運(yùn)動是類似的贬媒，所以星群運(yùn)動理論能夠隨著布朗運(yùn)動理論的發(fā)展而發(fā)展。而且肘习，星群運(yùn)動理論比膠體微粒運(yùn)動理論更完備地描述了布朗運(yùn)動的特征际乘。我還要指出的是，正是由于這種理論的發(fā)展漂佩，我們才能在總體上預(yù)言星群的演變和宇宙的時間尺度脖含。

我認(rèn)為，在近代所做的且隨后被證實(shí)的預(yù)測中投蝉，最令人矚目的要算是哈雷的預(yù)言了养葵。1705年，愛德蒙德·哈雷（E.Halley）向皇家學(xué)會做了《彗星摘要》（Astronomiae Cometicae Synopsis）的專題報告瘩缆。在這份經(jīng)典的論文中关拒，哈雷仔細(xì)研究了從最早年代甚至牛頓時代有關(guān)彗星的各種記載。接著庸娱，根據(jù)牛頓原理着绊，哈雷對從公元1337年到1698年間做過專門觀察的24顆彗星進(jìn)行了拋物線性的計算。

這份論文的準(zhǔn)確性和完備性可以說是達(dá)到了無可挑剔的程度熟尉，對人類知識做出了既有紀(jì)念意義又令人回味無窮的貢獻(xiàn)归露，讀起來叫人愛不釋手。正是在這篇論文中臣樱，哈雷想到了這種可能性靶擦，或者說或然率，即彗星的運(yùn)動軌跡可能是極扁的橢圓而不是拋物線雇毫。在后一種情況下彗星來自無窮遠(yuǎn)處玄捕，也將歸宿于無窮遠(yuǎn)處。然而棚放，在前一種情況下枚粘，彗星就是太陽系的成員了，經(jīng)過漫長的若干年飘蚯，它們將重新出現(xiàn)馍迄。正因?yàn)橛羞@種可能性，哈雷才做了大量的計算工作局骤。這樣攀圈，如果出現(xiàn)一顆新的彗星，可將它的軌跡與已計算出的軌跡相比較峦甩，我們就可能確定它是否是曾出現(xiàn)過的彗星赘来。

哈雷還說现喳，許多跡象使他確信，1531年的那顆彗星與1607年觀察到的彗星以及1682年他本人親自觀察過的彗星是同一顆彗星犬辰，他還認(rèn)為大約在1456年看到的那顆彗星也就是這同一顆彗星嗦篱。隨后他寫道：“由此我很有信心地大膽預(yù)言，這顆彗星將于1758年重新出現(xiàn)幌缝【拇伲”這就是彗星中最著名的哈雷彗星的起源。哈雷沒能看到這顆彗星再次出現(xiàn)就去世了涵卵，但它確實(shí)在哈雷所預(yù)言的那一年出現(xiàn)了浴栽，并且在此之后又出現(xiàn)過兩次。

1928年缘厢，狄拉克靈感突發(fā)吃度，寫出了一個有關(guān)電子的方程。這個方程預(yù)言的許多事情都與實(shí)驗(yàn)吻合贴硫，但該方程還預(yù)言電子應(yīng)該有負(fù)能態(tài)——這可真是前所未聞椿每！然而，狄拉克與以往一樣堅信他的方程是正確的英遭，他斷定存在著負(fù)能態(tài)间护。為了克服所有電子都墜入負(fù)能態(tài)并在人們周圍產(chǎn)生一個奇妙世界這樣的難題，狄拉克提出了他的設(shè)想：在通常情形下挖诸，所有的負(fù)能態(tài)都被填滿了汁尺，極少數(shù)帶有正能量的剩余電子不能進(jìn)入負(fù)能態(tài)，通常情況下事實(shí)確實(shí)如此多律。盡管如此痴突，在某些條件下負(fù)能態(tài)的電子能夠被激發(fā)到正能態(tài)，這樣就產(chǎn)生一個電子并在無限分布的負(fù)能態(tài)中產(chǎn)生一個空缺狼荞，正是這個無限分布的負(fù)能態(tài)中的“空穴”會表現(xiàn)得如同一個完全可察覺的正能粒子一樣辽装，不過帶正電荷而已。這個空穴就是正電子相味，狄拉克假設(shè)的現(xiàn)象就是電子對的產(chǎn)生拾积。狄拉克甚至還建立了一套有關(guān)這種電子對生成的概率理論。大約三年后丰涉，所有這些預(yù)言都得到了證實(shí)拓巧，這使他更加堅信他的方程是絕對正確的。

我想講的第三個也是最后一個例子是愛因斯坦關(guān)于引力場中光線會發(fā)生彎曲的預(yù)言以及對該預(yù)言的證實(shí)一死。在講述這個故事時肛度，我要摘錄證實(shí)預(yù)言的主要人物愛丁頓（A.S.Eddington）在一次演講中的幾段話： 在我的天文學(xué)生涯中，我能想起的最令人激動的事件要算在1919年的日食觀察中投慈，證買了愛因斯坦有關(guān)光線發(fā)生彎曲的預(yù)言承耿。當(dāng)時的情況是很不尋常的策吠。雖然于戰(zhàn)爭期間的1918年開始制訂了計劃，但直到出發(fā)前11個小時我們還在懷疑這次考察能否成行瘩绒。但1919年的日食太重要了，不能錯過這千載良機(jī)带族，因?yàn)檫@次具有極好的星場——任何之后的考察都不會有這樣好的時機(jī)锁荔。

已故皇家天文學(xué)家弗蘭克·戴遜（F.Dyson）爵士在格林尼治組織了兩支考察隊(duì)，一支赴巴西的索布拉爾蝙砌，另一支赴西非的普林西比島（普林西比島考察隊(duì)由愛丁頓負(fù)責(zé)）阳堕。顯然，要想在停戰(zhàn)之前讓儀器制造商制造一些觀察用的儀器是不可能的择克。由于考察隊(duì)得于2月份出發(fā)恬总，所以準(zhǔn)備工作極為倉促。巴西隊(duì)在日食那天天氣異常好肚邢，可惜碰到了一些情況壹堰，所以他們的觀察結(jié)果幾個月后才處理出來，但最后他們還是提供了關(guān)鍵性的證據(jù)骡湖。我當(dāng)時在普林西比島贱纠。日食那天下起雨來，滿天烏云响蕴，大家都幾乎完全失望了谆焊。接近全食時，太陽隱隱地顯露出來浦夷，我們抱著一線希望執(zhí)行了原訂計劃辖试。一定是日全食結(jié)束之前烏云變薄了一點(diǎn)，因?yàn)楸M管有許多底片報廢了劈狐，可我們?nèi)缘玫搅孙@示出要找的星象的兩張照片罐孝。將它們與太陽在別處時同一星場所攝的照片加以比較，有明顯位移懈息，這表明星光在掠過太陽時肾档，光線的確發(fā)生了彎曲。

這個問題有三種可能性：其一辫继，可能根本就沒有什么彎曲現(xiàn)象怒见，即光線不受引力場的影響；其二姑宽，可能存在一種“半彎曲現(xiàn)象”遣耍，即光線受引力場影響服從牛頓定律而發(fā)生彎曲；另一可能是服從愛因斯坦而不是牛頓定律的全彎曲現(xiàn)象炮车。我記得戴遜向已知道這些主要思想的柯丁罕（Cottingham）解釋這一切時說舵变，光線彎曲得越厲害其結(jié)果就越令人激動酣溃。柯丁罕問：“如果我們得到雙倍的彎曲會怎么樣呢纪隙？”戴遜說：“那樣的話愛丁頓就會發(fā)瘋赊豌，你就只好一個人回家了∶嘣郏” 當(dāng)時就對照片作了測算碘饼，這不僅僅是急不可耐，而是怕在回家途中發(fā)生什么不幸悲伶。于是對成功的兩張照片中的一張立即進(jìn)行了檢試艾恼。結(jié)果得到的數(shù)值從天文學(xué)標(biāo)準(zhǔn)來說已經(jīng)完全足夠了，所以一張照片實(shí)際就可以確證一切了麸锉，盡管還會從其他方面尋求進(jìn)一步的證實(shí)钠绍。日食后第三天，當(dāng)算完最后一個數(shù)據(jù)時花沉，我意識到愛因斯坦理論經(jīng)受住了實(shí)踐檢驗(yàn)柳爽，新的科學(xué)思想觀必將受到廣泛承認(rèn)≈魉耄柯丁罕也將不會是獨(dú)自一人回家的泻拦。

在本文快結(jié)束時我想要談一下科學(xué)家的動機(jī)。關(guān)于這個問題有幾種不同的看法忽媒。有人認(rèn)為科學(xué)家的動機(jī)源于他們有意識地或下意識地相信他們所作的一切争拐，最終會給人們?nèi)粘Ｉ顜硎孢m，我不同意這種看法晦雨。有人堅稱科學(xué)家必須總是有意識地將他們的工作與時代和社會的需要相結(jié)合架曹，我也不贊成這種推論。有人認(rèn)為科學(xué)家努力工作是因?yàn)樗麄儗ψ非笳胬碛幸环N“神圣的激情”或?qū)τ诮忾_自然界的“奧秘”有一種“熾烈的好奇心”闹瞧，這種看法我也不能接受绑雄。我不相信每天沉浸于工作的科學(xué)家，與放棄帝王生活而沉思對人生有意義的倫理和道德價值觀的釋迦牟尼之間會有什么共同之處奥邮。而且万牺，我認(rèn)為科學(xué)家與馬可·波羅也不會有什么共同之處。

實(shí)際上科學(xué)家努力工作的具體和現(xiàn)實(shí)的原因是他們的那種愿望洽腺，即他們想盡自己最大的能力積極參與科學(xué)的進(jìn)展過程脚粟。如果一定要我用一個字眼來描述激勵科學(xué)家工作的主要動機(jī)，我就用“系統(tǒng)化”（Systematization）這個字眼蘸朋。這聽起來似乎太平淡無奇核无，但我認(rèn)為它揭示了實(shí)質(zhì)性的東西。從根本上說藕坯，科學(xué)家試圖做的工作就是選擇某一領(lǐng)域团南，某一方面或某一細(xì)節(jié)噪沙，來檢驗(yàn)它們在具有一定形式和連貫性的總體框架中是否占有適當(dāng)?shù)奈恢茫蝗绻鼈兊奈恢貌划?dāng)吐根，科學(xué)家的工作就是作進(jìn)一步的探索以使它們占有適當(dāng)位置正歼。這種說法也許有點(diǎn)晦澀難懂，尤其是使用了“適當(dāng)”拷橘、“總體框架”朋腋、“形式”和“連貫性”等字眼。

開普勒從一開始就認(rèn)識到膜楷，仔細(xì)研究火星軌道是研究行星運(yùn)動的關(guān)鍵，因?yàn)榛鹦堑倪\(yùn)動軌道偏離圓軌道最遠(yuǎn)贞奋，它使得哥白尼的理論顯出了嚴(yán)重的缺陷赌厅。開普勒還認(rèn)識到，對第谷·布拉赫準(zhǔn)確的觀察資料進(jìn)行分析是整個問題的必不可少的先決條件轿塔。開普勒曾經(jīng)寫道： 我們應(yīng)該仔細(xì)傾聽第谷的意見特愿。他花了35年的時間全心全意地進(jìn)行觀察……我完全信賴他，只有他才能向我解釋行星軌道的排列順序勾缭。

我認(rèn)為揍障，正當(dāng)朗高蒙太努斯（Longomontanus）3全神貫注研究火星問題時，我能來到第谷身邊俩由，這是“神的意旨”毒嫡，我這樣說是因?yàn)閮H憑火星就能使我們揭示天體的奧秘，而這奧秘由別的行星是永遠(yuǎn)揭示不了的……實(shí)際上幻梯，開普勒曾千方百計想獲得他夢寐以求的第谷的觀察資料兜畸。如果說他犯了偷竊罪，似乎也并不夸張碘梢，因?yàn)樗约壕驮?jīng)承認(rèn)：“我承認(rèn)咬摇，當(dāng)?shù)诠人赖臅r候，我正是利用了沒有或缺乏繼承人這樣的有利條件煞躬，使第谷的資料由我照管肛鹏，或許可以說霸占了觀察資料《髋妫”[4]他自己又解釋道：“爭吵的原因在于布拉赫家族有懷疑的天性和惡劣的態(tài)度在扰；另一方面，也在于我自已有脾氣暴躁和喜歡挖苦人的毛病复唤。必須承認(rèn)健田，滕納格爾（Tengnagel）有充分的理由來懷疑我。我已占有了觀察資料并且拒絕把它們交給繼承人佛纫〖司郑”

當(dāng)我認(rèn)識到总放，在運(yùn)動的軌道上有著無數(shù)個點(diǎn)以及相應(yīng)產(chǎn)生了無數(shù)個離太陽的距離，我產(chǎn)生了這樣的想法：運(yùn)動軌道的面積包括了這些距離的和好爬。因?yàn)槲一貞浧鸢⒒椎掠猛瑯拥姆椒ň中郏瑢A面積分解成無數(shù)個三角形〈媾冢”

開普勒用了10年多的時間才發(fā)現(xiàn)了他的第三定律炬搭，即任何兩個行星公轉(zhuǎn)周期的平方與他們到太陽的平均距離的立方成正比。1618年穆桂，開普勒在他的《宇宙的和諧》一書中表述了這個定律宫盔。

同伊麗莎白女王一世時代所有人受的教育一樣，莎士比亞受的教育很少享完。雖然這些教育使莎士比亞感到心滿意足灼芭，但是莎士比亞從來沒有信服過他學(xué)到的知識。下面兩段話清楚地表明了這一點(diǎn)： 死啃書本般又，終無所獲彼绷， 引經(jīng)據(jù)典，嚇唬別人茴迁。 或： 噢寄悯，學(xué)問，鬼才知道是什么玩意堕义！

因?yàn)樗囆g(shù)和科學(xué)都追求一個不可捉摸的東西——美猜旬，但藝術(shù)工作者和科學(xué)工作者具有不同的創(chuàng)造模式，這一點(diǎn)可以說使我苦思而不得其解倦卖。那么昔馋，美是什么呢？ 在一篇極為動人的文章《精確科學(xué)中美的意義》中糖耸，海森伯給美下了一個定義秘遏。我認(rèn)為這個定義是恰當(dāng)?shù)摹：Ｉ亩x可追溯到古代嘉竟，他說：“美是各部分之間以及各部分與整體之間固有的和諧邦危。”

今天看來舍扰，米爾恩的消極態(tài)度顯然使他不能認(rèn)識到倦蚪，正確利用費(fèi)米簡并可以直接導(dǎo)出如下的事實(shí)：質(zhì)量巨大的恒星在耗盡能量之后，必須坍縮為黑洞边苹。這個結(jié)論是由愛丁頓提出的陵且，但又為愛丁頓本人和米爾恩所不愿接受。他們的失敗說明了靠自己的信念去考察世界是十分危險的。

卡爾·史瓦西無疑是本世紀(jì)最杰出的物理學(xué)家之一慕购。他的貢獻(xiàn)之廣令人驚訝：物理學(xué)聊疲、天文學(xué)、天體物理學(xué)的廣闊領(lǐng)域到處都留下了他的足跡沪悲。

在物理學(xué)領(lǐng)域获洲，從電動力學(xué)、幾何光學(xué)到當(dāng)時最新發(fā)展起來的玻爾和索末菲的原子理論等方面他均有貢獻(xiàn)殿如。在電動力學(xué)方面贡珊，他得出了洛倫茲電子方程變換的基礎(chǔ)；在幾何光學(xué)方面涉馁，他發(fā)展了光學(xué)儀器的象差理論（后來玻恩認(rèn)為它有“空前的明晰性和嚴(yán)格性”）门岔，并表述為基本原理，這一原理成為施密特（Schmidt）望遠(yuǎn)鏡光學(xué)的理論基礎(chǔ)烤送；在玻爾-索末菲理論方面固歪，在他生前發(fā)表的最后一篇文章中，得出了雙原子分子轉(zhuǎn)動-振動光譜的斯塔克（Stark）效應(yīng)和德朗德爾（Deslander）項(xiàng)（在這篇文章中胯努，他第一個引入了作用量和角變量的概念）。

在天文學(xué)和天體物理學(xué)領(lǐng)域逢防，史瓦西的貢獻(xiàn)太多太廣叶沛，這里我只能提及以他的名字命名的一些發(fā)現(xiàn)。照相光度學(xué)的史瓦西指數(shù)忘朝；輻射傳遞理論中的史瓦西-米爾恩積分方程灰署；對流不穩(wěn)定性開始的史瓦西判據(jù)；星球速度的史瓦西橢球分布局嘁；當(dāng)然溉箕，還有描述質(zhì)量呈球形分布的球外和靜止黑洞外時空的愛因斯坦方程的史瓦西解。這些成果都是在短短的20年間取得的悦昵！

在1900年的一次學(xué)術(shù)會議上肴茄，史瓦西講了這樣一個問題：天文學(xué)的三維空間幾何是否可能是非歐幾里得幾何。他說： 你一定知道但指，本世紀(jì)（指19世紀(jì)）有人在歐幾里得幾何以外提出了非歐幾里得幾何寡痰，其主要實(shí)例就是所謂的球面和贗球面空間。我們?nèi)绻涝诳赡芫哂杏邢耷拾霃降那蛎婊蜈I球面幾何中世界是什么樣子棋凳，我們會感到驚異拦坠。如果有這種可能，你會感到自己處在幾何學(xué)的仙境里剩岳；而且如此美妙的仙境會不會變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)贞滨，我們也無法知道。 我們不能不對史瓦西的科學(xué)想象拍棕，以及他在廣義相對論創(chuàng)立之前15年就論述這樣的問題而感到驚奇晓铆，但對史瓦西來說勺良，這是最簡單不過的想象。他實(shí)際用他那個時代得到的天文數(shù)據(jù)估算了三維空間曲率半徑的極限尤蒿，并得出如果空間是雙曲形的郑气，其曲率半徑不可能小于64光年；如果空間是球形的腰池，其曲率半徑至少為1600光年尾组。

我們大可不必為史瓦西具體估算的數(shù)字而爭論，這兒更有意義的是示弓，史瓦西把他的想象力發(fā)揮得淋漓盡致讳侨，并使他進(jìn)入了一個仙境般的世界！ 第三個例子是史瓦西關(guān)于愛因斯坦真空方程解的發(fā)現(xiàn)奏属，它是質(zhì)量以中心球?qū)ΨQ分布時的外部解跨跨。毫無疑問，這是廣義相對論創(chuàng)立后的一個最重大的發(fā)現(xiàn)囱皿。

1916年1月13日勇婴，愛因斯坦把史瓦西導(dǎo)出真空方程解的論文遞交給柏林科學(xué)院。僅僅在兩個月以前嘱腥，愛因斯坦才在一篇短的通訊中公布了他的廣義相對論基本方程耕渴；而全面詳細(xì)推導(dǎo)的論文，在6個月以后才發(fā)表（在這篇論文中齿兔，愛因斯坦從理論上推出了水星在近日點(diǎn)的進(jìn)動速率和一束光掠過太陽邊緣時偏折的大谐髁场）。1916年1月9日分苇，在致史瓦西的信中添诉，愛因斯坦寫道： 我懷著極大的興趣拜讀了你的論文，我沒有料到有人能用如此簡潔的方法得出這個問題的精確解医寿。你對這一問題的分析處理實(shí)在是妙極了栏赴！

在當(dāng)時的環(huán)境下，史瓦西得出現(xiàn)在這一著名的解是非常了不起的靖秩。1915年春夏期間艾帐，史瓦西在德軍東部前線服役，任很不起眼的技術(shù)參謀盆偿。在服役期間柒爸，史瓦西得了致命的天皰瘡，并于1916年5月11日與世長辭事扭。

錢德拉塞卡也不能肯定他自己下一步將做什么研究捎稚。他最近是在從事黑洞的研究，這項(xiàng)研究已進(jìn)行了8年。在這期間今野，他的心臟病發(fā)了葡公，為此他做了體外循環(huán)的心臟手術(shù)。這年春天他完成了黑洞的研究条霜，這時他已有71歲的高齡催什，幾乎是這個領(lǐng)域里其他同行年齡的兩倍。

每當(dāng)問及他的研究生涯何以能持續(xù)如此長久時宰睡，他往往不自在起來舆吮。但他承認(rèn)副编，1935年1月11日在（英國）皇家天文學(xué)會會議上發(fā)生的事情，也許可以發(fā)現(xiàn)一些端倪。

那天是星期五彤悔，他懷著極大的期望骆姐，同時又夾雜著對愛丁頓爵士的某些疑慮译仗，來到了倫敦拼弃。最近幾個月里，他和愛丁頓大約每周兩次晚飯后在一起抹沪，共同討論錢德拉塞卡最近對正在衰亡的恒星行為所作的計算刻肄。他們倆是一對奇怪的組合：愛丁頓52歲，風(fēng)度翩翩融欧，說話很有吸引力敏弃，他被認(rèn)為是世界上最優(yōu)秀的天文學(xué)家；而錢德拉塞卡是一位靦腆的來自印度的24歲的青年蹬癌，自認(rèn)為有點(diǎn)像劍橋大學(xué)的流浪兒。錢德拉塞卡從事星體結(jié)構(gòu)的研究只有幾年時間虹茶，那還是起因于他在馬德拉斯（Madras）大學(xué)的一次物理競賽中獲獎逝薪，獎品是愛丁頓寫的一本關(guān)于星體結(jié)構(gòu)的論著。現(xiàn)在蝴罪，他相信自己有了一個重要而且驚人的發(fā)現(xiàn)董济，這個發(fā)現(xiàn)將在星期五的會議上向與會者宣布。

但是在星期四要门，當(dāng)會議日程表送到劍橋時虏肾，錢德拉塞卡驚訝地發(fā)現(xiàn)，愛丁頓也將在會議上發(fā)言欢搜，講的題目與他的一樣封豪！在他們多次討論過程中，錢德拉塞卡總是滔滔不絕地講出他的計算炒瘟，而愛丁頓從來沒有提到過他在這個領(lǐng)域的工作吹埠。這似乎是一種令人難以置信的不忠誠行為。星期四晚上，當(dāng)他們兩人在餐廳相遇時缘琅，愛丁頓仍然沒有提出解釋或道歉粘都。他唯一的話是，他利用了他的影響刷袍，使錢德拉塞卡可以在會議上多講一會翩隧，“這樣，你就可以把你的研究結(jié)果徹底講清楚呻纹《焉”這句關(guān)心的話錢德拉塞卡記得很清楚。錢德拉塞卡想問一問愛丁頓的論文居暖，但由于他對愛丁頓非常尊敬顽频，所以又不敢問，星期五在倫敦開會前吃茶點(diǎn)時太闺，有一位天文學(xué)家問愛丁頓準(zhǔn)備講些什么糯景，愛丁頓沒有回答，只是轉(zhuǎn)向錢德拉塞卡省骂，微笑地說：“那要使你大吃一驚呢蟀淮。”

錢德拉塞卡的論文討論了一個基本問題：一個星體如果燒盡了它全部的燃料之后钞澳，將會發(fā)生什么怠惶？按照當(dāng)時流行的理論，冷卻的星將在自身的引力作用下轧粟，坍縮為一顆致密的星策治，這種星稱為白矮星（whitedwarf）。例如兰吟，一顆具有太陽質(zhì)量的星通惫，將坍縮成只有地球一樣的大小，這時它就達(dá)到力的平衡混蔼，不再坍縮下去履腋。

錢德拉塞卡重新研究了這種坍縮，他考慮一個有趣的問題：當(dāng)一顆星體的氣體被壓縮到其電子以接近光速運(yùn)動時（這被稱之為相對論性簡并狀態(tài)）惭嚣，會發(fā)生什么現(xiàn)象遵湖？他的研究結(jié)果表明，任何一顆質(zhì)量大于太陽質(zhì)量1.4倍的星體晚吞，它巨大的引力將繼續(xù)起作用延旧，使這顆星越過白矮星階段繼續(xù)坍縮。于是槽地，這顆星的體積將繼續(xù)越變越小垄潮、密度越來越大烹卒，直到……啊，那可是一個有趣的問題弯洗。錢德拉塞卡機(jī)靈地避不作答旅急。

他的結(jié)論是：“一顆質(zhì)量大的星體不會停留在白矮星階段，我們應(yīng)該考慮其他的可能性牡整∶晁保” 接著是愛丁頓發(fā)言。 “我不知道我是否能活著逃離這個會議逃贝，但我的論文的要點(diǎn)是：根本不存在什么相對論性簡并谣辞。”愛丁頓說完這句話沐扳，就把錢德拉塞卡的論文撕成兩半泥从。聽眾中不時爆發(fā)出笑聲，使愛丁頓的講話不斷地被打斷沪摄。愛丁頓無法駁倒錢德拉塞卡的邏輯和計算躯嫉，但他卻宣稱這個理論全盤皆錯，原因很簡單杨拐，因?yàn)樗贸隽艘粋€不可避免和非常古怪的結(jié)論：“星體將不斷輻射祈餐，不斷收縮。直到半徑只剩下幾公里哄陶，這時帆阳，引力將大到足夠控制住輻射，使其不再輻射屋吨，于是這顆星體終于平靜下來蜒谤。” 當(dāng)然啦至扰，我們今天稱這種客體為黑洞鳍徽，但愛丁頓那天下午卻聲稱它不可能存在。

“一種歸謬法得出的結(jié)論渊胸，”愛丁頓說旬盯，“我相信台妆，一定有一條自然法則阻止星體按這種荒謬的方法演化翎猛。” 爭論到此接剩，就被束之高閣了切厘，至少在此后幾十年沒人再敢問津。當(dāng)然懊缺，黑洞理論最終還是被人們承認(rèn)了疫稿，錢德拉塞卡提出質(zhì)量界線（即星體質(zhì)量為太陽質(zhì)量的1.4倍）也被稱之為“錢德拉塞卡極限”記入教科書中培他，但這一切在愛丁規(guī)講話后很長一段時間才發(fā)生。 “會議結(jié)束后遗座，”錢德拉塞卡回憶說舀凛，“每個人都走到我面前說，‘太糟了途蒋，錢德拉猛遍，簡直太糟了『牌拢’我原以為我將在會上宣布一個非常重大的發(fā)現(xiàn)懊烤，結(jié)果愛丁頓讓我出足了洋相。我心情亂極了宽堆。我不知道我是否應(yīng)該繼續(xù)研究這個課題腌紧。那天我回到劍橋時，已是深夜一點(diǎn)多鐘了畜隶。我走進(jìn)一間同事們經(jīng)常聚會的房間壁肋，這時當(dāng)然不會有人還留在那兒，但爐子里的火還燃燒著代箭。我記得墩划，我站在爐火前自言自語地重復(fù)著一句話：‘世界就是這樣結(jié)束的，不是伴著一聲巨響嗡综，而是伴著一聲嗚咽乙帮。”’ 今天极景，他對那天下午發(fā)生的事有了不同的看法察净。

與愛丁頓的爭論還持續(xù)了幾年時間，這使錢德拉塞卡失去了在英國取得一個有任期職位的任何機(jī)會盼樟。最后氢卡，他終于明白應(yīng)該完全放棄這個研究課題（不過，這兩位都十分出色的人終生都保持著友誼）晨缴。他相信自已的理論译秦，但別人不相信。所以击碗，在1937年他到了芝加哥大學(xué)以后不久筑悴，他把他的理論寫進(jìn)了一本書里，并不再去理會它稍途。

他改弦易轍阁吝，開始研究星體在星系中的幾率分布，并發(fā)現(xiàn)了被稱之為動力學(xué)摩擦的奇怪特性——即任何星體在穿越另外一個星系時械拍，由于它四周星體的引力作用突勇，它的速度將會降低装盯。然后，他又轉(zhuǎn)而考慮：天為什么是藍(lán)包的甲馋？這個問題的簡單答案是：大氣的分子允許其他顏色的光通過埂奈，但將波長短的藍(lán)色光散射開。這個結(jié)論在上一個世紀(jì)被英國的瑞利爵士發(fā)現(xiàn)定躏，但瑞利本人及后來的物理學(xué)家們沒有能夠找到精確的數(shù)學(xué)方法挥转，以計算光是如何被散射的。在本世紀(jì)40年代中期共屈，錢德拉塞卡找到了這個精確的數(shù)學(xué)方法绑谣。對此，錢德拉褰卡十分滿意拗引，以至他決定此后將不斷地更換研究領(lǐng)域借宵。

接下去他研究了許多課題：磁場中熱流體的行為，旋轉(zhuǎn)物體的穩(wěn)定性矾削，廣義相對論壤玫，最后，他又回到了黑洞哼凯，但這次他從一種完全不同的角度研究它欲间。他現(xiàn)在感到十分幸運(yùn)，幸虧當(dāng)年他被趕出原來研究的專業(yè)断部。

“假定當(dāng)時愛丁頓同意自然界有黑洞猎贴，”說到這兒錢德拉塞卡停頓了一下，考慮如何把這個見解表達(dá)得盡可能準(zhǔn)確蝴光。

“推測是非常困難的她渴。如果愛丁頓當(dāng)時承認(rèn)了黑洞理論，他將會使這整個領(lǐng)域變成一個引人注目的研究領(lǐng)域蔑祟，黑洞的許多性質(zhì)將會提前20到30年被人們發(fā)現(xiàn)趁耗，不難想象，理論天文學(xué)將會大不相同疆虚。但這種判斷不該由我來作——喏苛败，我想我可以說，這種結(jié)局對天文學(xué)是有益處的径簿“涨” “但我不認(rèn)為對我個人有益。愛丁頓的贊美之詞將使我那時在科學(xué)界的地位有根本的改變牍帚，我會在天文學(xué)界里大有名氣儡遮。但我的確不知道乳蛾，在那種誘惑的魔力面前我會怎么樣暗赶”杀遥” “有多少年輕人在功成名就之后，還能長久保持青春活力呢蹂随？即使是20年代里對量子力學(xué)做過偉大貢獻(xiàn)的科學(xué)家——我指的是狄拉克十嘿、海森伯、福勒——他們也未能始終如一岳锁。即使是麥克斯韋和愛因斯坦绩衷，也同樣未能始終如一〖ぢ剩”

“當(dāng)你討論一位偉大的藝術(shù)家或作家的作品時咳燕，總會認(rèn)定這些作品有一個從早期、中期到成熟期的發(fā)展過程乒躺。藝術(shù)家的本領(lǐng)越來越精招盲，使他們最終能處理十分棘手的難題。

“現(xiàn)在我們來看一看嘉冒，為什么科學(xué)家不能使他們的思想越來越精呢曹货？

“由于缺乏更合宜的詞，我只能說讳推，似乎是人們對大自然逐漸產(chǎn)生了一種傲慢的態(tài)度顶籽。這些人曾經(jīng)具有偉大的洞察力，做出過意義重大的發(fā)現(xiàn)银觅。此后礼饱，他們就相信，他們能在一個領(lǐng)域里取得如此輝煌的勝利究驴，說明他們有一種看待科學(xué)的特殊方法慨仿，而且這種方法一定是正確的。但是纳胧，科學(xué)并不承認(rèn)這種不切實(shí)際的想法镰吆。大自然曾一次又一次地表明，作為大自然基礎(chǔ)的各種真理跑慕，比最聰明的科學(xué)家更加強(qiáng)大和有力万皿。”