科学蒙难集 1106-第11章
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发表的《建立在卡 诺热动力理论基础上的绝对温标》一文，主要根据克拉派隆介绍的卡诺理论来写的。 1849年，开耳芬终于弄到一本他盼望已久的卡诺著作。十余年后，德国物理学家克 劳修斯（R。Clausius）也遇到了同样的困难，他一直没弄到卡诺原著，只是通过 克拉派隆和开耳芬的论文熟悉了卡诺理论。
这些事实表明，在1824年至1878年间，卡诺的热机理论一直没有得到广泛传播。 卡诺生前的好友罗贝林（Robelin）在法国《百科评论》杂志上曾经这样写道：卡 诺孤独地生活、凄凉地死去，他的著作无人阅读，无人承认。
现在很难说清学术界是什么时候开始公认卡诺热机理论的，因为在他去世后， 没有任何学术团体或学校授予卡诺任何称号。可以这样说，卡诺的学术地位是随着 热功当量的发现，热力学第一定律、能量守恒与转化定律及热力学第二定律相继被 揭示出来的过程慢慢地形成的；卡诺的理论除了对克拉派隆、开耳芬和克劳修斯等 少数几位物理学家产生过影响外，它在整个物理学界未曾引起过反响。直到1878年 他的《关于火的动力》第二版和他生前遗稿发表后，物理学界才普遍知道了卡诺和 他的理论。不过，那时热力学已经有了迅速发展，他的著作就成了历史遗物，除少 数科学史家和教科书编纂者偶尔翻翻外，没有更多人去认真读它。
卡诺的理论不仅是热机的理论，它还涉及到热量和功的转化问题，因此也就涉 及到热功当量、热力学第一定律及能量守恒与转化的问题。可以设想，如果卡诺的 理论在1824年就开始得到公认或推广的话，这些定律的发现可能会提前许多年。这 种估计不算过分，根据前面的分析，卡诺至迟在1824－1826年间就计算过热功当量， 这比焦耳的工作要早17～19年。虽然他的计算不够精确，但他的理论见解是正确的。 我们有理由相信，在他那些被烧毁的手稿中可能还有关于热功当量的更精确的计算。
深刻的启示
英国著名物理学家麦克斯韦（J。C。Maxwell，1831－1879），对卡诺理论作 过高度评价。他说：卡诺的理论是“一门具有可靠的基础、清楚的概念和明确的边 界的科学”。可是，这个理论的创立者不论在法国学术界还是在法国社会里都未曾 获得多数人的支持。通过对卡诺的历史分析，我们让为卡诺理论的蒙难有如下几个 原因：（1）社会的政治压抑；（2）卡诺的早逝；（3）卡诺生前未能进入某一学 派。
拉扎尔。卡诺是法国18世纪著名科学家，不论在科学家传记上还是在各种大百 科全书中，现在都有关于他的生平和贡献的记载。按理说，这对于萨迪。卡诺跻身 于法国学术界是一个极为有利的条件。但是，正如前面所说，拉扎尔晚年的不幸以 致客死异乡，在政治上给卡诺以巨大的压抑，加上社会对卡诺的歧视，迫使卡诺加 避社会而远离了他应当加入的社会或科学团体，使他变成一位不归附任何名门的游 离份子。孤独地生活、勤奋地工作又摧毁了他的身心。致使他过早去世。去世后， 也没有一位法国学术权威对他的工作作过任何评价，而克拉派隆在当时只不过是一 个“无名小卒”，他对卡诺理论的翻译和解释在法国没有产生反响。19世纪初，法 国物理学界中颇具影响的人物一般集中在巴黎理工学院和法兰西学院，他们之中威 望最高的要数拉普拉斯（P。S。Laplace，1749－1827）；以拉普拉斯为首的物理 学派左右了法国物理学的方向，凡是比较成功的理论几乎都经过拉普拉斯的评阅和 推荐。最明显的例子是毕奥（J。B。Biot）萨伐尔（FSavart）定律，这个定 律是在拉普拉斯指导下，由他的学生毕奥和萨伐尔通过几个实验发现的，一经公布 就得到推广，很快就在教科学里出现了。另一个例子是菲涅耳的光波动理论。虽然 菲涅耳也死得过早，但他在生前已与法国物理学界取得联系，得到像阿喇戈这样一 些权威人士的赞助，因此菲涅耳理论能够产生及时的影响。
卡诺理论的蒙难历史告诉我们，为了科学技术的迅速发展，我们不仅要加倍注 意人才的开发，而且要给与那些还没有确定社会地位的已经开发现来的人才以热情 的支持和鼓励。社会还要切实注意中、青年科学家的身体状况。各学术团体、各位 有声望的科学家，要克服门户之见，推荐和提拔卓有贡献的青年科学家，对他们的 成果作出及时的鉴定、宣传和推广，以促进科学事业的不断繁荣。
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第十章 “乌云和尘埃后面的真理之光”
——被推迟承认的欧姆定律
科学发展史告诉我们，许多最基本的定律，虽然形式较为简单，但发现它们所 付出的劳动，往往很大。欧姆定律就是典型一例。现在凡是学过算术并有一定电工 基础的人，都能将它运用于电路计算。从这方面说，我们不能不感谢姆（G。S。 Ohm，1789－1854）在一个半世纪以前所做的工作。然而，在欧姆宣布他的发现后， 他却遭到某些黑格尔唯心论者的非难和攻击。经过十几年后，他这一伟大发现才开 始得到公认。
欧姆定律的发现
1789年3月16日，欧姆出生于南德意志巴伐利亚的爱尔朗根（Erlangen）。 1805年5月，欧姆考入爱尔朗根大学，但只读了三个学期就被父亲送到了瑞士农村。 他父亲认为农村的清新空气和纯朴的社会关系，将会更有利于欧姆潜心学习。在这 以后6年中，欧姆一边自学，一边担任中学教师和家庭教师，取得了父亲预期的效 果。1811年，欧姆再度进入爱尔朗根大学，并于同年10月获得博士学位。毕业后， 他在母校担任了一年半的无薪助教，这是他直到1849年以前在大学的唯一的一次任 教。欧姆考虑到，在德国等级森严的师资队伍中，无薪助教处于最低层，想要登上 这个金字塔的顶端是可望而不及的事。于是，他决定暂时离开大学，以便能够较自 由地从事科学研究。1813－1817年间，他在巴姆堡一所中学任教。1819年，他又转 到科隆一所经过改革的耶稣学校当教师。那里教育风气之浓，在当时的德国是屈指 可数的。他在那里系统地学习和研究了著名科学家拉普拉斯、泊松、傅立叶和菲涅 耳的经典著作，从而为自己今后从事科学研究打下了坚实的理论基础。
现在一般人倾向认为，德国的科学领先于法国，但在历史上不都是这种情况。 从18世纪末到19世纪初，法国的科学不仅远远超过德国，而且跃居世界之冠。德国 在当时还比较落后，这种形势在物理学方面尤为明显。把持当时德国物理学界的是 一批老年持重的物理学家，片面强调定性的实验，忽视理论概括的作用，他们对于 法国人的数学物理方法甚为不满。孟克（G。W。Muncke，1772－1847）曾经这样说 过：“自从牛顿和笛卡儿时代以来，数学的价值已越来越高。我们不能不看到这种 价值已充斥了法国的广大领域，而且正在向德国袭来。……如果我们诚心诚意地为 着促进科学的发展，并且正确而又全面地考虑目前物理学状态的话，那么我们一时 也不能不想到我们更需要的是观察和实验，而不是计算和几何公式”。
当然，德国也在发生变化＊1806年拿破仑在耶拿战争中挫败了普俄联军，给了德 国以巨大的打击。代表新兴资产阶级利益的改革者在奋起改造社会的同时，提出要 以法国科学为榜样，彻底改造德国的科学体制。德国的教育有了罗快的发展，大学 引进法国科学经典著作为教本，开办讨论班和研究生班，以培养具有特殊技能的人 才。
另外，法国人的武力击碎了德国的世袭贵族特权，以至1807年10月9日发布的 普鲁士皇家敕令不得不扩大公民的权利。在这种情况下，不同背景的青年学生和科 学家得以在泛德情感的纽带中团结起来，冲破少数人的专擅和束缚。进入以往不能 进入的禁区。欧姆正是在这种环境中开始了电路的实验和理论研究，发现了欧姆定 律。
1826年，欧姆获准半年假期，到柏林研究电路去了。
欧姆根据库仑（C。A。de Coulomb，1736－1806）在1784年发明的扭力秤，设 计出一种丝悬磁针电流计，这种仪器不需要被测量的电流通过仪器本身，只需将磁 针置于电流的附近，就能根据磁针偏转角确定电流强度。由于磁针偏转角与电流强 度的线性关系，使他能正确地将电流强度作为一个电路参量抽象出来。另外，他又 根据塞贝克（T。J。Seebeck，1770－1831）在1822年发现的温差电效应，设计出 一台温差电池。温差电池的优点在于，它的电动势与温差电偶两端的温度的差成正 比，而且它不会产生伏打电池所固有的电极极化的现象，这就使他能够将电动势抽 象出来，作为电路的另一个重要参量。欧姆就是这样在1826年通过实验总结出了欧 姆定律：I=E/（R＋r）
其中，I表示电流强度，E表示电动势，R为电路电阻，r为电池电阻。
1827年，欧姆从热和电的相似性出发。进行类比，运用傅立叶热分析理论，从 理论上推导出欧姆定律，并引入了欧姆定律的微分形式，从而肯定了他在一年前的 实验结果。他将这项成果总结在《数学推导的伽伐尼电路》（以下简称《电路》） 一书中。欧姆的这部著作，是19世纪德国的第一部数学物理论著。从德国当量物理 学状况来看，我们把它当作德国物理学的转折点，不是没有道理的。
承认欧姆定律的艰难过程
定律的发现是困难的，定律被承认则往往更困难。欧姆定律就是这样。
当《电路》发表后，欧姆给普鲁士教育部长苏尔兹赠送了一本，并附上一封信 ，请求苏尔兹把他安排在大学工作。苏尔兹是黑格尔唯心论哲学的信徒，他对欧姆 的工作毫不经意，结果把欧姆安排在柏林一所军校还当作最大的恩典。欧姆希望到 一所实验条件较好的大学，以便进一步研究电路，柏林军校自然不是他所向往的地 方，不过为了生计，只好惟命是从了。
一个不搞科学研究的人不重视欧姆的发现是不足为奇的。奇怪的是，圣欧姆的 责难，首先来自德国物理学界一些有影响的人物。德国物理学家鲍尔（G。F。Pohl ，1788－1849）首先发难。他撰文攻击《电路》，他蛊感人地说：“以虔诚眼光看 待世界的人不要去读这本书，因为它纯是不可置信的欺骗，它的唯一目的是要亵渎 自然的尊严”。鲍尔这种做法违反了科学家的常理，对欧姆定律采取绝对否定的态 度，不但欧姆本人不能接受，就连其他一些物理学家，如埃尔曼（P。Ermann，176 4－1851）、斯威格（J。S。C。Schwergger，1779－1857）、普法夫（H。Pfaff， 1773－1853）和费希内尔（G。T。Fechner，1801－1887）等人，也觉得言之过分。 但由于鲍尔在当时的德国物理学界占有一隅之地，因此他对欧姆的攻击引起了一定 的后果。欧姆面对鲍尔的无理抨击怒不可遏地要进行还击，《文学杂志》的主编布 朗德先生劝他暂时忍气吞声，他告诉欧姆，鲍尔是黑格尔主义者，有很强的势力。 这样才避免了一场风波。
1829年3月20日，欧姆给路德维希一世写信以求公断，信中写道：“……我的 科学著作是具有广泛影响的，它已经受到公众的注意。我遗憾地说，现在我只遇到 唯一的反对者——鲍尔，他的观点是建立在黑格尔原理的基础上的”。
可以看出，欧姆已经感受到来自黑格尔哲学的压力。从历史上看，一位科学家 受到某一哲学体系的压抑并不多见，而欧姆所感受到的压力，也并非指来自黑格尔 的整个思想体系，而是指这个体系中的唯心论的成分所造成的一些不良影响。国王 把欧姆的信交给了巴伐利亚科学院，责令组成一个专门学术委员会来讨论欧姆的著 作，辨其真伪，作出估价，判断它在未来科学中的地位。然而，委员会成员的意见 不一，他们大多数人缺乏对电学发展的历史分析，自然难以作出裁决。最后，只好 征求哲学家谢林的意见。谢林是德国自然哲学的创始人，与国王保持着通信关系， 在科学界颇有影响。但谢林拒绝作出评价，这件事后来竟不了了之。欧姆在给斯威 格的一封信上说：“《伽伐尼电路》的诞生已给我带来巨大的痛苦，我真抱怨它生 不逢时，因为深居朝廷的人，学识浅薄，他们不能理解它的母亲的真实感情”。
欧姆的电路理论诞生于德国理论物理学产生的前夕。如前所说，德国在19世纪 初对法国数学物理方法采取排斥的态度，在老年的实验物理学家中间这种风气是盛 行的。尽管欧姆定律是建立在实验和理论的基础上的，但由于欧姆使用温差电池和 丝悬磁针扭力秤做实验，这还是最新颖的实验方法，这就引起其他物理实验家们的 怀疑；更何况欧姆定律的理论部分模仿了法国数学物理学家傅立叶的热分析方法， 欧姆同样要求电传导时导线与周围是完全绝缘的。这种将复杂情况进行理想化以抽 象出现的本质的做法是物理学理论研究的一种基本方法，而德国一些实验物理学家 们则认为这在实际中是不可能的。与此相反，德国年青一代物理学家较能接受欧姆 的思想。如费希内尔在30岁时发表的《伽伐尼电学和电化学教科书》第三卷上最先 引用了欧姆定律，然而这并未引起德国物理学界的注意。费希内尔在他的教本的序 言中写道：“……我已经模仿了欧姆的理论，并用我的实验进一步证明了它，因此， 这个理论的最基本的结论已被事实所肯定。我迫切要推广这个理论，使它与更多的 现象结合。我敢说，唯有这个理论才是第一次给伽伐尼电路的结构输入了真实的意 义”。
在中年物理学家中，斯威格给与欧姆的支持最大。他自始至终给欧姆发表文章 提供方便，欧姆的大部分论文发表在他主编的《化学和物理学杂志》（Schweigger‘ s Journal fur Chemie and Phy…sik）上。1830年4月21日，斯威格写信鼓励欧姆 说：“你对《年鉴》的贡献是最成功的，我希望你继续经常地把这样重要的论文发 表出来”：“请相信，在乌云和尘埃后面的真理之光最终会透射出来，并含笑驱散 它们”。
欧姆定律在很晚的时候才传过英吉利海峡，至少在1831年还没有任何英国人知 道这个定律。法拉第（M。Faraday，1791－1867）当时正在研究电磁感应现象。他 发现：在相同的感应条件下，导线愈长，感生电流愈小。虽然他已走到欧姆定律的 边沿，却不知欧姆定律早已发现。可以设想，如果欧姆定律在这以前已经传进英国 的话，必定会大大加速电磁学研究的发展。
最早得知欧姆定律的美国人是富兰克林的孙子巴赫博士（A。D。Bache）。18 36－1838年间巴赫在英国学习时，从英国科学家那里了解到欧姆定律；回国后他 又传授给亨利（J。C。Henry，1797－1878）。在这以前，亨利已经发现了自感现 象，但他却不知道什么是电流强度，什么是电压。他曾把并联的电池组称为“量 电池”，把串联的电池组称为“强度电池”。按照他的意思，“量电池”可以提供 更多电量，“强度电池”可以提供更大的电力。如果他知道了欧姆定律，他就会发 现
