出师未捷身先死　理性光芒照后人

仅仅100年前，人们还把物质的基础建造单元当作空想嗤之以鼻。但是，玻耳兹曼却一生坚持为这种物质的存在辩护；就在他刚刚悲惨地离开人世以后，事实证明他是对的……
【英国《焦点》月刊11月号文章】题：相信原子的人（作者　罗伯特·马修斯）
在各门科学之中，最重要的事实是什么？这个问题看来简单得可笑，而且确实没有哪个科学家会试图回答它。但是，在20世纪60年代初，美国物理学家理查德·费因曼说他有了答案。如果任何迫在眉睫的灾难只给我们足够的时间匆匆写下一个科学事实留给后世，费因曼说，他会这样写：“一切物质都由原子构成，即永远在运动的微小粒子：它们分开一点距离的时候就彼此吸引，挤在一块的时候就彼此排斥。”
费因曼说，这句话包含着对宇宙性质的深刻认识，足以让后人重新建立无数科学领域，从生物学直到天体物理学、化学和工程学等等。但是，令人惊异的是，仅仅100年前，原子的存在还被看作极为抽象的东西遭到摒弃。权威科学家不接受原子的说法。他们认为，谈论永远观察不到的东西毫无意义。
只有一位德国物理学家坚持原子确实存在。路德维希·玻耳兹曼凭着在数学方面的惊人独创性表明了原子为什么可以解释从气体的变化到不可能制造永动机等一系列现象。
今天，物理学的各门课程都要讲述玻耳兹曼和他的研究成果，而他的反对者几乎都已被人遗忘。但是，他在有生之年却没有享受到自己的胜利果实：就在距胜利一步之遥的时候，他却溘然长逝。玻耳兹曼与科学正统斗争的故事表明让教条渗入到对知识的探索中会有多么危险。
●从希腊开始……
具有讽刺意味的是，尽管哲学对于原子迟迟得不到接受起了关键作用，原子的存在最初却是希腊哲学家2400年前认定的。留基伯和他的学生德谟克利特认为，在一个不断变化的世界，一定有某些存在物是恒久不变、必不可少的。他们把这种存在物称作“原子”，这来自希腊语中“不可分割的东西”；他们认为，原子的持续运动、碰撞和结合形成了我们身边的物质。
文艺复兴时期，这被当作现实的想法得到新的支持，支持者包括伽利略和牛顿等一批伟大的思想家。到18世纪中，瑞士数学家丹尼尔·伯努利用原子解释实验室发现的气体的特性。大约50年后，英国化学家约翰·多尔顿创建了自己的原子理论，使原子成为一种真正的科学———化学——的基础。
1844年，路德维希·玻耳兹曼就在这种科学环境下出生。由于在数学和自然科学方面天资聪颖，玻耳兹曼19岁进入维也纳大学并很快显露出独创性。到20多岁的时候，玻耳兹曼已经登上学术阶梯的顶峰，在格拉茨大学获得数学物理学教授之职。
为了寻求大的挑战，玻耳兹曼着手进行一项宏伟的工程：通过原子这一概念解释热的性能。当时，蒸汽机正推动工业国家不断向前，了解如何能最大限度地利用它们既有经济价值又有科学意义。
一些科学家怀疑在蒸汽机的背后还隐藏着某种深刻的东西。这类机车尽管可以很好地利用热能做工，但从来都不理想。热能总是遭到浪费，有些损失在发动机和车轮的摩擦中，有些变成噪音，有些只是散发出来加热周围的空气。
这种低效产生了一个奇怪的结果：蒸汽机可以表明“时间之箭”的存在——“时间之箭”永远从过去指向未来。因为，一位工程师可以在一段路程后把发动机的机轮和其他所有元件放回到起始位置，但却没有办法恢复这段路程消耗的能量。这已无法追回，就像逝去的光阴一样。
1872年，玻耳兹曼（当时28岁）一语惊人：他能够通过一种关于原子存在的新理论解释这一切。因为没人见过原子，普遍的看法是原子在高速运转，彼此发生随机碰撞。玻耳兹曼设想大量原子装在一个盒子里，并着手写出一个可以描述这些原子行为的方程式。当原子相互碰撞时，速度较快的会把自身的某些能量传给速度较慢的，同时损失某些能量。因此，原子最终就达到能量一致。
由于有大量原子参与，描述每个原子的这一过程根本无望实现。因此，玻耳兹曼利用一种统计学方法来记录所有原子的整体行为。其结果（现在称作玻耳兹曼方程式）表明，无论原子起初如何四处乱跑，它们最终都会达到同样的平均能量，它们的行为也会遵从一种特定的数学公式。人们当时已经会用这种称作“麦克斯韦分布律”的公式解释气体和液体的许多特性。玻耳兹曼所做的是确切表明这个公式的原理。
他还宣布有更深的发现，那就是洞察宇宙的性质。玻耳兹曼说，当原子稳定下来以后，大量他所谓的“H”逐渐减少。H形成了原子行为与“时间之箭”的存在二者之间的联系。因为H只会随着时间的流逝而减少，它的减少就揭示了时间从过去流向未来这一过程。
玻耳兹曼方程式和他从这一方程中得出的H定理都是惊人的成就。它们表明，原子可以解释大量问题，从液体的行为到为什么无法让发动机的效率达到100%这类长期困扰人类的难题。
●生命是一场赌博
但是，并非每个人都确信这些。为什么H不会随时间的流逝而增加？玻耳兹曼以一种类似买彩票的理论回答了这个问题。像摇彩时所用的球一样，原子开始可能存在某种次序，但是，经过足够的随机碰撞后，这个次序被全部破坏。从混乱中再次出现次序的机会微乎其微。同样，原子的随机运动可能的确有时使H增加，就像玻耳兹曼的批评者所说的那样：只不过这种机会也微乎其微。
玻耳兹曼再接再厉，又做出一项杰出发现。这回，他揭示了原子对于决定哪种过程可能发生、哪种过程不可能发生所起的作用。例如，为什么热的物体放置不动就会变凉而凉的物体放置不动却不会变热？为什么我们从未看到打碎的鸡蛋恢复到原来的样子？为什么永恒运动无法实现？
思考这些问题的科学家集中于一种称作“熵”的概念。所谓熵就是衡量一个热力学系统中无序的程度。由于某种原因，大自然不允许导致熵的事件减少。为什么？1877年，玻耳兹曼表明，这个问题的答案还是在于原子。他利用另一种统计学上的方法来处理大量原子，从而证明一个系统的熵与有多少种原子排列方式能够得出这同一个系统有关。如果排列方式极少——比如低温下的纯水晶——那么这个系统的熵就较低。如果有许多方式——比如鸡蛋打碎之后的状态——那么该系统的熵就较高。大自然不愿意减少熵，这只反映了一个事实：创造无序远远比创造有序容易。
这是另一个关键的突破，并且证实玻耳兹曼是他那个时代的重要物理学家。他的研究吸引了国际上的注意，各种奖励也接踵而至。但是，在国内，乌云却开始在他头顶聚集。年过40的玻耳兹曼想在柏林大学谋到一个更有声望的教授职位，但这个愿望化为泡影。后来，当他还未从母亲去世的阴影中走出来，他11岁的儿子又离开了人间。玻耳兹曼由此患上抑郁症。
1894年，玻耳兹曼接受了维也纳大学的一个教授职位：事实表明，这后来成为他人生悲剧的第一幕。第二年，著名哲学家、物理学家、原子的强烈抨击者厄恩斯特·马赫也来到这所大学。他是经验主义的代表人物。经验主义是一种哲学派别，认为只有在经验上得到证实的说法才有科学意义。因此，根据马赫的观点，由于没人见过原子，我们就不应当拿原子当真。
●二比一
这在今天看起来似乎是一种奇怪的态度，因为它忽略了一个可能性：技术的进步有朝一日也许能让我们直接看到原子。但是，马赫不是原子的唯一反对者。著名化学家、莱比锡大学弗里德里希·奥斯特瓦尔德是另一个。马赫与奥斯特瓦尔德共同对玻耳兹曼的研究发起了一场持久的攻击。他们宣称，理解物理学的关键是能量而非原子。
这场争论在笔头上和会议上激烈进行着。玻耳兹曼深信，他的研究一直没有得到正确的理解，从而更为抑郁。他的健康开始恶化。他想到了自杀。
1906年9月，精疲力尽的玻耳兹曼到杜伊诺度假。当妻子和女儿外出时，他把一截短绳系在窗户的横木上自缢身亡，时年62岁。
玻耳兹曼没有战胜抑郁症。但是，他不知道当时距打败自己的批评者有多近。就在他去世的前一年，一篇论文说，80年前观察到的现象表明原子确实存在。这篇论文的作者是一位年轻的瑞士专利局职员：阿尔贝特·爱因斯坦。就在两年后，原子存在的证据已如此确凿，就连奥斯特瓦尔德也承认玻耳兹曼是对的。
有些人指责说是玻耳兹曼的批评者导致了他的自杀，但这种看法过于简单化了。物理学是一种很容易出现对立看法的学科，新观点的鼓吹者都要做好心理准备迎接同行的责难。让玻耳兹曼自杀的是精神疾病，而不是批评者。
如果他当时活下去，他必定能获得诺贝尔奖。他葬在维也纳，墓碑上刻着他的熵方程式。这里已经成为许多人朝拜的地方：他们相信，引导知识探索的应该是事实而非教条。