知乎日报 ( ) • 2021-06-21 09:52
贾明子,化学工程,玻尔兹曼门下走狗 查看知乎原文
“Ludwig Boltzmann, who spent much of his life studying statistical mechanics, died in 1906 by his own hand. Paul Ehrenfest, carrying on the work, died similarly in 1933. Now it is our turn to study statistical mechanics. Perhaps it will be wise to approach the subject cautiously. ” “穷其一生钻研统计力学的玻尔兹曼,于 1906 年亲手结束了自己的生命。艾伦费斯特(继承了他的工作,于 1933 年同样步其后尘。现在,统计力学这块阵地轮到我们顶上去了。在进入这个领域之前,我们可能需要三思而后行。”

这一段看上去很很悲壮的话,是著名的物理学家 David Goodstein 说的,它包括了统计力学中两个杰出人物,玻尔兹曼和艾伦费斯特的悲剧故事。这两个人都是当时统计力学领域中的大佬,都有不同程度的抑郁症,并且都信奉当时不是主流的思想,最后两人都死于自杀。并且,后者是前者的学生。

玻尔兹曼终身信奉原子,在现在看来理所当然,但是在那个时代却不被主流所接受。玻尔兹曼试图用分子运动论推出全部的热力学理论,把热力学归结为动力学的统计结果,并且试图从完全可逆的动力学理论中找到不可逆的根源。为此他和唯像热力学的几个大佬争论不休。当时分子和原子并没有直接的实证证据证明存在,因而其实不能怪马赫和奥斯特瓦尔德他们的极力反对,作为坚定的实证主义者,他们拒绝接受“原子”这个尚未被实证的概念。玻尔兹曼一直处在一种孤军奋战的境况。当时的著名物理学术会议甚至都不去邀请他参加,就好像你挖空心思想进入一个朋友圈,但是大家却一致地不带你玩儿。这让他倍感沮丧,开始患上了抑郁症。

虽然他的理论可以很好地把热现象和动力学现象统一起来,但是作为物理学界的新生分支,统计力学当时也面临着非常尖锐来自哲学的质疑 - 其中有些直至今日都无法彻底解决。玻尔兹曼在 20 世纪初决定进入哲学界寻求答案,但是他发现自己完全无法接受哲学家的思维。他这么说:

“To go straight to the deepest depth, I went for Hegel; what unclear thoughtless flow of words I was to find there! ... Even in Kant there were many things that I could grasp so little that given his general acuity of mind I almost suspected that he was pulling the reader's leg or was even an imposter.”(“为了直达最深层的本质,我研究了黑格尔;我看的了什么?毫无思想的含糊不清的文字游戏!……甚至是康德,在他那里几乎我毫无所获,以至于我几乎怀疑他是在搞恶作剧或者干脆是个冒名顶替的骗子,虽然泛泛而言他的思想还算敏锐”)

他从哲学寻求帮助的尝试又一次遭到重挫。这加重了他的抑郁。1906 年他的精神状态已经极度不稳定,不得不退休,离开他的学术研究。这让他感到绝望,并且除去研究他又有何意义呢?(这和海明威晚年因为无法写作而自杀如出一辙)同年他选择了自杀。

然而,他所不知道的的是,就在 1905 年,伟大的爱因斯坦发表了关于布朗运动的论文,基本上实锤了原子的存在。就在他去世的同时,原子成为物理界广泛接受的概念。巨大的遗憾。

玻尔兹曼的墓碑上,只有一行公式,就是联系分子运动和热力学现象的著名的:


他的学生艾伦费斯特,在统计力学上继承了他的衣钵,在量子力学崛起的时代,他在吧统计力学和量子力学相结合的工作上成就卓著。他本人是玻尔和爱因斯坦的好友,并且在两人的激烈争辩中经常扮演者润滑剂的角色。

但是他本人从来就没有能够接受玻尔的理论。他的大量工作从经典统计向量子统计过渡,推动了量子力学的发展,但是他本人却不是量子力学的粉丝。后来,随着几个天才人物的出现,海森堡、薛定谔、狄拉克、冯诺依曼等人,量子力学的发展一日千里,他感觉自己被远远地抛在科学发展之外,成为一个旁观者,并且是一个什么都看不懂的旁观者。他说:

Every new issue of the Zeitschrift für Physik or the Physical Review immerses me in blind panic. My boys, I know absolutely nothing.(每一期新的《物理学杂志》都让我陷入巨大的恐慌中,我犹如一个盲人,各位,我绝对的一无所知。)

他本人接替了洛伦兹的职位,但是,(虽然没有明确的记载)我的个人印象感觉他骨子里有着一种自卑,老害怕会给洛伦兹丢脸。因而,在无法成为量子大潮的主力之时,他倍感忧郁。再后来,1929 年世界经济大危机,他开始为自己的工作感到担忧,开始寻求新的工作机会,但是都不太成功。在一步步陷入抑郁的过程中,他和一位年轻的艺术家发生了婚外情,他一方面极度自责,另一方面无法自拔。

再后来发生了什么,似乎就很神秘了,没有很多人了。但是可以肯定的是他陷入了严重的抑郁之中。有一位传记作者为他立传,但是只完成了前半部分,因为后半部分“过于压抑郁闷而无法完成”。后来爱因斯坦还专门给 Leiden 大学董事会写信,督促大学关注艾伦费斯特的精神状况并且减轻其工作量。

一切都无可挽回地发生在 1933 年,不但是一个自杀,而且是凶杀。

他在事先对其它子女做好安排后,开枪杀死了患有唐氏综合征的小儿子,然后结束了自己的生命。

每念及此,作为一个孩子的父亲,我都感到极度痛惜和同情。我无法想象他为自己的小儿子操了多少心,而伴随着操碎了的心,就是愈来愈支离破碎的绝望。

最后说一句,统计力学和热力学可能是人类思维中最具挑战的领域,其中著名人物自杀率极高,除去这两位,还有热力学第一定律的先驱 Mayar,化学热力学创建者 Lewis,还有就是著名的图灵,除去其数学成就,他还是 morphological thermodynamics 的创始人。

此外,还有一些不那么出名的人,例如 Haber 一家三口(物理化学领域),James(精神生物热力学),Weinninger(人类化学热力学),Adams(分子热力学)等等。