世纪之交的物理学革命为什么发端于德国?——一个值得探讨的科学社会史问题
李醒民
（中国科学院自然辩证法通讯杂志社， 北京 100039）
一、一个引人深思的问题
19世纪末20世纪初，在物理学领域内爆发了一场举世瞩目的大革命。在不太长的时间内，一系列新发现和新发明，涤荡了经典力学和经典物理学的理论基础，开拓了现代物理学发展的道路，谱写了科学史上最壮丽的篇章。
这次革命可以说是由伦琴1895年发现X射线揭开序幕的；中间经过普朗克1900年提出量子论；到1905年，爱因斯坦发表了划时代的狭义相对论论文和光量子论文，全面打开了物理学革命的新局面。X射线的出现，迅速导致了贝克勒耳放射性的发现；居里夫妇镭的发现以及卢瑟福和索迪嬗变理论的提出，使人们的认识深入到物质的更深层次。在普朗克和爱因斯坦的工作之后，物理学理论沿着两条路线发展，最终导致了20世纪物理学两大理论支柱——相对论(狭义相对论和广义相对论)和量子力学——的建立。
引人注目的是，无论伦琴，还是普朗克和爱因斯坦都是德国(或广义地讲德语世界，文中所指的德国，在某些情况下意谓德语世界)人。也就是说，物理学革命是发端于德国的。
伦琴
普朗克

随着工商业的发展，新兴资产阶级为了扩大市场，迫切要求消除各邦间的关税壁垒，实行政治上和经济上的统一。普鲁士的封建统治者，为了扩大他们在全德的影响，便顺应了资产阶级的要求，于1818年首先颁布法令，废除国内60个关税区，实行统一税则，后又和各邦订立统一关税条约。
合并后的同盟把约2500万人口的地区联合成一个密切的经济区域，从而促进了统一民族市场的形成，并对德意志发展成为一个民族国家起了很大的促进作用。
工业发展速度显著加快，生产机械化逐年增加，纺织业、机器制造业、交通运输业发展尤为迅速。19世纪初，全国只有极少数工厂。到40年代，仅普鲁士境内就有大小手工工场和工厂78000多家，蒸汽机1100多台，雇佣工人55万。普鲁士在1835年开始修筑铁路，十年后铁路干线已长达两千多公里。
由于封建制度的削弱，德国资本主义经济又获得了迅速发展
1850年至1860年间，德国的煤从年产700万吨增至1700万吨，铁从年产20万吨增至50万吨。1846年，机器制造业仅有130多家，到1861增至300多家。1850年至1870年，普鲁士的铁路干线由3800多公里增加到11000多公里。德国正从农业国变成工业国，它在世界工业生产中所占的份额已达到16％，超过法国而跃居世界第三位。但是，由于受到国家分裂的影响，对外贸易却大大落后于其他大国。在资本主义进一步发展的情况下，国家的统一成了当务之急。

政治上的统一使德国形成了统一的国内市场和独立的经济体系；
从法国攫取的50亿法郎的军事赔款，为加强德国I业的发展提供了大量的资金；从法国掠夺的亚尔萨斯和洛林，蕴藏着丰富的铁矿、钾矿，它与鲁尔的煤矿区连成一片，形成重工业发展的重要基地；同时，德国是一个后起的资本主义国家， 比起一些老牌的资本主义国家来，它没有过多的历史包袱，更易于采用新技术新设备，提高劳动生产率。这样一米，从70年代以来。德国的资本主义经济获得了突飞猛进的发展。70年代至80年代，德国完成了工业革命，成为现代化的I业强国。

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2、社会名流倡导科学，国家政府奖励科学
早在19世纪初，德国科学界的泰斗、伟大的地理学家和探险家洪堡就利用各种场合，极力倡导科学，传播法国的科学精神(法国在1770年～1830年间为世界科学中心)。他认为专门学校和大学教员对于科学的传播并不亚于科学文字，遂于1809年创办柏林大学。当时正值普鲁士战败后，百物腾贵，货币贬值，国力极为虚弱。但是，为国家长远计，上自王公，下至平民，不得不勉强节省，依然每年拨25500马克创设大学。
洪堡在一篇未完成的报告(1809—1810)中还明确地论述了研究机构的作用及其组织。他认为，为了促进科学研究，除了大学和专门学校外，还要有一批专门的研究机关。最早使洪堡的设想付诸实施的是后来成为德国著名的化学家、振兴德国化学工业的巨擘李比希。当洪堡首次听了李比希在法国所作的研究报告时，他就发现这位后起之秀是一个大有作为的人物。在他的推荐下，李比希成了盖-吕萨克的助手，开始和这位法国大化学家合作进行研究。1824年，年仅21岁的李比希回国后，被破格任命为吉森大学编外化学教授。1826年，他惨淡经营的化学实验室终于建成了。这个实验室虽然貌不惊人，却是德国科学家自己精心设计的第一个实验机构，它体现了训练新型科学家的整个新模式。有经验的化学家在这里精心安排实验计划，把学生从一个阶段引导到下一个阶段，从系统严格的操作训练到能在科学家指导下独立进行研究。这样一来，科学实验从个人的小圈子内解放出来，变成了有组织的研究计划，其结果是科学成果和科学人才双丰收。这一把教学和研究联成一气的光辉典范，十分适合洪堡的设想，并且很快在其他实验科学里得到推广。到19世纪下半叶，许多具有天才和实际能力和科学家都深知提倡科学对国家和民族有巨大利益，而且通过各种途径积极地进行宣传和鼓动。
李比希

私人提倡科学，当然不如国家和政府重视、奖励科学来得有效。第一个请求政府提倡科学的是舍尔巴哈，当时正值普法战争之后的1872年7月31日。舍尔巴哈在亥姆霍兹等人的帮助下，呈请政府创办一个研究纯粹科学和精密技术的研究所。这个提议引起了皇太子的兴趣，也得到有关主管部门的同情和支持。后来，天文学家弗尔斯特作了更多的文字说明，强调提倡科学技术的重要性。这种意见经普鲁士商务部和财政部的周密考虑，制定了联络研究所和职业学校、合并各种I业专科学校而成立工业大学的计划。可惜时过十年，该计划依然未能实现，这也许是大规模的科学研究时期尚未成熟的缘故吧!
不过，到19世纪后期，设立各种学术机构和进行大规模的科学研究，毕竟已是科学发展的趋势。在这个时期，亥姆霍兹和西门子又重新提出了他们的意见，同时经济界也乐于承担大部分建所经费。其计划虽有较大变动，但最终还是实现了。在西门子的赞助下，帝国国会通过决议又追加了必要的拨款，国立物理技术研究所终于在1890年至1891年间建成了，亥姆霍兹为第一任所长。该所不仅使德国科学发展到高峰，使德国成为世界科学界瞩目的中心，而且对欧洲、美国、日本等国家和地区的科学发展有很大影响。这样的研究所可以完成那些所需设备昂贵、需地过广、需时太久的研究项目，一般大学是难以对付的，它必须由科学界、经济界和政府合办才行。亥姆霍兹说：“一个用自己的力量和智慧在文明民族中得到优越地位的国家，假如它还想保持它的既得地位，那么它就不应该把解决科学根本问题的责任推到其他国家或个人的头上去，因为这是它的耻辱。”
大佬--西门子

德国科学向来受到王侯的庇护与支持。例如德皇威廉二世对科学甚为关切，他本人愿意承担一些科学组织的保护责任。经济界也慷慨解囊，资助科学设施的建立和科研项目的开展。例如，当米勒发起筹建德国博物馆的呼吁时，不长时间就募集了大量资金，政府也很决划拨了地皮，在动工时德皇夫妇和王族也前往助兴。当时，德国的科学政策也是十分明智的，政府明令规定，国家对科学的责任，不是在于自己去干预，而在于给予学者以必要的设备和帮助，使他们从事研究。政府对研究者的工作绝对不加干涉，因为这样足以造成障碍。政府相信，他们的研究在外界不加干涉的条件下，会得到更好的结果。
威廉二世
威廉二世与英王乔治五世

3、德国科学界的优良传统和科学优势
从18世纪起，德国科学界的泰斗就不乏其人，莱布尼兹、欧拉、马格拉夫、哈勒、兰伯、冯•萨克等就是其中的代表。进入19世纪，更是人才荟萃，群星灿烂，使德国科学跃居为世界的中心。据统计分析 ，德国科学的兴隆时期是随着柏林大学的成立(1809年)开始，到希特勒上台时(1921年)结束。这直接与这个时期科学大师云集有关。比如在19世纪中期，数学界有高斯、雅科毕，化学界有李比希、米勒，生物学界有施莱登和施旺，生理学界有米勒及韦伯。而在19世纪后期，德国物理学界几乎为五大巨星所照耀，他们是亥姆霍兹、基尔霍夫、赫兹、玻耳兹曼、克劳修斯。在这些巨星周围，又聚集了一大批才华出众的人才。在世纪之交，德国理论物理学和实验物理学的实力是相当雄厚的，难怪不少国家学物理的留学生都就学于德国。
雅可比
亥姆霍兹 亥姆霍兹线圈
洪堡大学
柏林大学
1840年 柏林大学

德国科学研究机构的组织管理也是高效率的。李比希所创建的吉森化学实验室，在科学史上是现代实验组织与教育相结合的开端，它在德国也是振兴科学和工业的一个坚实而又光辉的起点。正如科学史家丹皮尔所说：“李比希……1826年在吉森建立了一个实验室。从那时到1914年，学术研究的有系统的组织工作，在德国异常发达，远非他国所及。” 在亥姆霍兹领导下的物理技术研究所的组织工作，也搞得相当出色。该所下设的科研部，不仅研究一些为工业发展服务的项目，也专门研究精密度很高的基本问题，不仅如此，他还要求青年们学会使用精密仪器的能力和掌握研究方法。该所还设有工艺部，专门研制仪器设备。这个研究所不仅以其成果促进了工业的发展，而且在基础理论研究方面也作出了许多有价值的工作，辐射定律的发现便是明证。
李比希故居
有机化学创始人 ---李比希 学渣的梦魇

由于历史上的原因，德国的学术中心星罗棋布。这些学术中心成为各种思想荟萃之地，也是形而上学学派与精密科学学派自由竞争的场所，并且对纯粹科学和实用科学一视同仁。学术发祥地众多，使得思路纵横，学派林立，学说相继出现，形成了百家争鸣、求同存异的局面。这样一来，无永恒不变的理论，无专事压制的学阀，无让人顶礼膜拜的偶像，这就进一步为新思想和新理论的提出创造了一种自由的气氛。
例如1883年，马赫在《力学及其发展的批判历史概论》中，对经典力学的基本概念和机械自然观进行了尖锐的批判，立即受到德语国家科学界的重视，导致了对物理学的科学与哲学基础的生气勃勃的讨论，引起了赫兹、玻耳兹曼、弗普尔等一大批人的强烈反响。这为物理学*命行将到来扫清了思想障碍。
此牛逼哄哄者，无需介绍了

德国科学界的学风也令人叹为观止。德国科学家采好四方，善于汲取它国之所长，待彻底消化之后，便另辟蹊径，自成一体。对于所研究的问题，他们务求彻底，决不半途而废。他们苦心孤诣，专心致志求学问，不为利禄虚荣所动，把追求真理视为人生最伟大的目标和最有意义的事业。这些品质，在伦琴、普朗克和爱因斯坦身上都表现得十分明显，我们后面还要细谈。
德意志人民是富有创造性的。18世纪中叶，德国曾出现过思想上、文学上、音乐上三位一体的鼎盛时期，在这里只要提一下康德、歌德、席勒、贝多芬的名字，就可以想像当时空前绝后的盛况了。一百年后，德国又出现了科学的鼎盛时期，在世纪之交，德国科学在世界上独占鳌头。物理学革命发端于德国，正是这种大趋势的必然结果。
三巨头之-歌德
三巨头之-席勒
音乐怒狮-贝爷

4、德国大学也是科研中心
如果说法国科学的中心是科学院，那么德国科学的中心就在大学之中。伦琴在1894年就任维尔茨堡大学校长时所发表的演说就明确地表明了这种状况。他说：“大学是从事科学研究和智力教育的园地，是培养师生们的理想的地方，就这一点而言，大学的重大意义要比它的实际价值大得多。由于这个原因，就应该尽力挑选有远见卓识的人来填补学校职位的空缺，这些人应该既是出色的教师，又是卓越的科学研究者和开拓者。
德国人尽心竭力创办大学，他们也从大学获得了巨大的好处，这在世界上是罕见的。德国着手设立大学，虽则迟于法国、意大利诸国，但四分五裂的封建公国为了自身利益和政治上的竞争，便竞相仿效，纷纷创设大学。从14世纪中期起到15世纪中叶，已有海德堡、科伦、维尔茨堡等8个城市建立起大学。从15世纪中叶到宗教改革时期，德国又有8所大学建立。在宗教改革时期以第一耶稣教派大学建立为开端，在1694年以哈勒建立第一个新式大学为开端，以及在发达科学思想时期以1737年格丁根大学的建立为开端，又有三次创办大学的热潮，相继建起了一大批大学。早在18世纪，德国大学在组织结构上已趋于完备。它不受宫廷及个人的干预，不借助宗教的保护和宗教势力，又有比较可靠的资金来源和比较自由的学术气氛。到1809年，随着柏林大学的创立，运用德语教学的大学在德国及其近邻各国十分风行。德国大学的不断发展是德国科学兴旺的前提条件之一。
维尔茨堡大学

当时，德国大学的一大特色是教学与研究相结合。德国大学的教师在课堂上是教员，在课外则是科学研究人员，他们不仅有教学的本领，也有潜心研究的精神。教学与研究密切结合，不仅使教育质量得以提高，也涌现出一大批科研成果。在教学中，也不仅仅给学生传授知识，更重要的是教给他们以研究方法。这也许是当时德国科学人才辈出的原因。此外，德国大学的教师并非死守一隅，终生不动，而是经常流动，开创新局面。而且，从19世纪初开始，德国大学还与数百所高等工业学校和技术学校保持密切的联系。这样一来，大学便能永葆活力。19世纪初，德国大学所用的教科书，或为科学界二流人物所著，或者译自英、法两国，多属陈旧学说。至世纪中叶，大学始作科学研究，但出类拔萃者还不很多。到最后三分之一世纪，情况为之一变，大学毅然改革教科书，第一流名家甘愿屈尊降格，撰写教科书，使高等学校的教科书质量大为提高。那时尚是青少年的伦琴、普朗克、爱因斯坦都或多或少地从中得到了好处。

5、学术交流十分活跃
德国学者熟悉英、法文的很多，经常与其他国家进行学术交流，学习他人的长处。德国翻译外国人的著作最多，也最为完备。德国对于世界科学研究成果的摘要与分析，也是很有名的。
19世纪的几项伟大发现——能量守恒定律、进化论、电动力学等——基本上是英、德两国科学家通过交流而合力得到的。
德国国内学术中心很多，除通过人员流动进行广泛的交流外，最重要的方式是出版科学期刊与召开学术会议，这使得一切研究者随时都可以了解新的成果，这样也使得科学再度国际化了。
早在18世纪，德国由于没有学会之类的组织，且学术中心散于四方，因此科学报刊发行最早，成为交流学术思想，组织整理研究资料，促进精密科学发展的得力工具。值得注意的是，在1815年以前世界上创刊的90种左右的杂志中，德国就占了53种，9种是意大利的，15种是法国的，11种是英国的，而美国、瑞士、瑞典、荷兰和比利时仅各有1种。
海森堡--这个人告诉我们，有个玩意叫量子力学。。。。

6、科学与哲学密切结合
19世纪初期，黑格尔构造了他的庞大的自然哲学体系。
在自然哲学家的眼里，他的这一做法被认为是绝对的狂妄，和黑格尔同时代的有名的科学家，更没有一个人拥护他的主张。因此，黑格尔自己觉得，在物理学的领域里为他的哲学争取地盘，是十分重要的。于是他就对自然哲学家，特别是对牛顿大肆进行攻击，因为牛顿是第一个物理学研究的最伟大的代表。哲学家指责科学家眼界狭窄；科学家反唇相讥，说哲学家发疯了。
其结果是科学家开始在某种程度上强调，要在自己的工作中扫除一切哲学影响，其中有些科学家，包括最敏锐的科学家，甚至对整个哲学都加以非难。
就这样，黑格尔派的影响曾长期导致了科学与哲学的分离。 但是，这种人为的分离毕竟不能长期存在下去。这是因为，科学要进步、要发展，就必须不断地对科学的哲学基础进行批判性的审查和改造，而且对于科学理论，也有必要作出恰当的哲学理解和解释。这样，就从科学本身中不断地萌发出哲学精神。
虽然黑格尔派已在科学家当中声名狼藉，但是康德精神却已深入德国人的心目中，人人都知道知识原理有批判审查的必要。加之科学家要研究某些基本的科学问题，就必须要有正确的思想启示和行之有效的研究方法，这就迫使他们不得不求助于哲学。
引人注意的是，德国科学家向来具有理论思维的优良传统，难怪有人说德国科学家都是哲学家。例如，高斯、黎曼、亥姆霍兹、基尔霍夫、赫兹、玻耳兹曼等人都是集科学家和哲学家于一身的大师。亥姆霍兹在《理论物理学讲义》的头一卷中，就有一半篇幅论述了哲学和科学、物理学、旧逻辑批判、它们内涵的概念、假设作为定律的基础、科学实验的完整性及其实际意义等。

黑格尔：再牛的科学也要在人类最高思维、行为准则（哲学）的指导下进行滴