第二节 展望未来 作者：冯・卡门 科学家预言未来是要冒风险的。因为预测往往会出差错，出了差错难免出乖露 丑。从前，关于航空发展前景的一些预言，就不止一次出过洋相。比如1903年杰出 的西蒙・纽康教授宣称，除非再发现一条新自然法则，否则，没有气囊根本不可能 飞行。然而时隔不久，莱特兄弟就驾驶有翼飞机进行了历史性飞行。 这次失言对纽康教授来说是够难堪的， 而5年之后，这位无所畏惧的教授看到 早期飞行发展缓慢，再次断言说，任何人都能下这样的结论：将来乘飞机要像今天 乘火车一样普及只是一种梦想。很显然，到过现代化机场的人都会对这个说法感到 忍俊不住。 我凭经验深知预言错了是什么滋味。话说回来，我也认为，在第二次世界大战 后我们为美国空军制定的远景规划中，有些预测是相当成功的。由于这方面的鼓励， 我也想对不远的将来发表一些看法。此外，我年已81岁，就这点来说，预测20年还 是相当安全的。因为到了回头验看预测结果的时候，我早已远离尘世，只好在另一 个世界的科学殿堂里进行回顾了。 总的说来，目前的航天事业正面临着类似于莱特兄弟初次飞行那样的新时代。 在研究了若干早期飞行前的文献资料之后，我可以说，那时进行的研究工作，并不 比我们现在航天学会会议上听到的外行与科幻小说家提出来的东西更具有科学性。 考虑到莱特兄弟成功之后的科学进展，我觉得上述情况也许是个好兆头。 我认为，今后10年，航天科学将是一块造福人类的沃土。天文学、气象学和通 讯技术会有很多惊人的发展。在天文学方面，从地球轨道实验室进行观测，能更加 精确地测定恒星和行星之间的距离以及外层空间的状态。极稀薄气体中超音速运动 方面新知识的应用，将进一步深化和发展康德、拉普拉斯和其他哲学家的太阳系起 源学说。 在气象学上，由于星际气体、太阳风和空间电磁场密度方面的知识逐渐增加， 我们也许能够精确洞察它们对地球气候（飓风的形成）的影响。运用气象卫星确实 有可能发现大气现象的规律；从而使气象学真正成为一门符合逻辑的科学。 一些乐观主义者，包括我在内，一直相信控制天气是可能的。不过，我认为这 是遥远的后事了。 从航天技术最早得到好处的将是远距离通讯。我认为，在今后数年内，远距离 通讯会不断取得巨大进展。看来，运用现有技术就能发射一系列人造卫星，用于解 决全世界电话和电报通讯问题；最佳方案是发射几颗周期为24小时的人造卫星，跟 地球同步运转。其优点是，任何时候都有一颗人造卫星停留在天空中一个固定位置 上。今后几年肯定会涌现出许多人造卫星发射计划，从中可以选择一个切实可行的 计划付诸实施。 不少性急的记者访问我的时候，总要我对空间旅行作些猜测。我毫不犹豫地回 答说，我坚信它将会以某种方式实现的，而且比很多人设想的时间可能更早些。尽 管我们已经熟知空间飞行的基本原理；然而，具体实现的时间，则要取决于航天技 术的发展了。 不言而喻，月球是空间旅行的第一站。眼下，苏联正考虑以载人绕月飞行作为 向月面登陆的过渡。我们也在研究这个方案以及其他种种方案，比如，从地球上直 接把宇航员发送到月面就是其中的一个方案。总而言之，人类急切需要探索，正如 德国幽默作家莫里茨・布赫所说的那样，远处总有好地方，这里还是我家乡。 我和弗朗克・马林纳考虑到在月球着陆肯定能行， 因此早在1960年8月23日， 我们就开始探讨在月球上建立第一个有人实验室的步骤。 毫无疑问，月球实验室是一个工程浩大的国际性项目。据粗略估计，它的建造 费用高达每工时8万美元这样一个令人瞠目的数字。 那么，月球上能搞哪种类型的 实验室呢？从月面极高和极低的温度着眼，是搞移动式还是选择一块地方建固定实 验室恰当呢？在月球上搞什么科学研究才值得花那么大代价呢？ mpanel(1); 我俩认为，从长远的观点考虑，应该组织一个专门委员会来研究上述一系列问 题。 马林纳这人有时明显地体现出得克萨斯人的性格。他答道，“说干就干，我们 马上动手拟定一份国际月球实验室委员会成员名单。” 我们两人讨论月球问题时，正在一家餐厅品尝地球上的美味。干是，弗朗克就 在菜单背面开了一张名单。第二天，国际航天协会就予以批准，并同意马林纳担任 主席，英国的焦德雷耳・班克天文台射电望远镜的负责人伯纳德・勒维尔为副主席。 有几位成员认为，现在就研究有人月球实验室为时过早，这倒不是登月飞行在技术 上有多大困难，而是在于宇宙射线和长期失重对人体健康的危害性还没有进行过深 入试验，其影响程度不大清楚。尽管如此，委员会还是受到鼓励，把研究工作继续 搞下去。 我们离开餐厅时仅仅提出了一些设想，而数月之后，到了1961年，国会通过了 肯尼迪总统提出的议案：1970年年底前把一名美国宇航员送上月球。这样，马林纳 的研究计划不再是一纸空文，而成了一项具有重大现实意义的研究计划了。 在月球上着陆并建立实验室之后，我们还要不要飞向其他行星呢？我看是要去 的， 起码也得飞到火星和金星上去。在最佳条件下，宇航员花1年左右时间就能飞 个来回。至于能否飞到其他恒星上去，我看指望不大。因为最近的一颗恒星――半 人马星座的X星离地球4.3光年。这就是说，即使以目前技术上无法达到的光速飞行， 宇航员也得费4年多时间才能到那里。 德国的尤金・桑格尔认为，利用光子火箭， 有可能达到这个目的。不过，眼下只是一种假想而已。 从理论上讲，若搞得出一种热核聚变的控制方法，桑格尔的光子火箭也许能行 得通。不过，老实说，展望飞行速度达到光速的火箭，实非我力所能及。即使技术 上到了这一步， 飞到比邻的恒星上去，也要5年到30年时间。从人类的角度看，一 个人为了登上恒星而关闭在座舱里耗费掉自己短暂的生命也是愚蠢的。听说有人提 议在漫长的旅途中可以把宇航员冷冻起来。说句笑话，这可是个冷冰冰的生活方式， 在等待解冻期间，一路上，他可要失去不少进餐厅享受美味的良机呢。 我也听到这样一种说法：根据爱因斯坦的相对论推测，当一个人以光速运动时， 生长速度会缓慢得多；因此，宇航员到达某个恒星时仍然是年轻人。我想，这是对 物理学的一种误解。因为人的生长过程并非单纯按照数学规律。这个问题，我跟我 的物理学家朋友们热烈争论过。我坚信，人的生长过程不光取决于时间，而且与另 外许多因素有关系。 目前，尽管人们在大谈特谈空间，但只要地球上还覆盖着空气，只要人们还得 靠呼吸空气活着，飞机就不会消失。军用和民用航空所面临的一系列问题，今后越 来越严重。机场要占用巨大面积，噪音公害不断增加，这将迫使机场离居住区愈来 愈远。有人设想，在沿海城市，将机场建在水面上，采用两栖飞机（格莱恩・马丁 预言，水上飞机将会复兴）。 军用航空方面，飞行速度仍然是个比较突出的问题。它要求起飞和着陆过程实 现彻底变革。比如，成败取决于飞机航速和灵活性的战术飞机，要尽可能与跑道长 短无关。做到这一点，势必要创造出一些简化起飞与着陆条件的新方法才行。采用 滑行架、弹射器或喷气助推起飞都是可能的解决方法。另一种办法就是采用垂直升 降系统。 将来，在极高的空中飞行毫不足奇。我坚信，我们正处于一个新时代的起点。 到时候，冲压式喷气飞机、火箭和各种组合式飞机都会发展到我们今天很难估计的 程度。也许可以料想，这些飞机从地面起飞，穿越大气层，达到一定速度和高度， 进入地球轨道后靠惯性飞行，然后重返大气层，像普通飞机一样选择着陆地点。这 就是我心目中未来的飞机――人造卫星飞机。 至于说到技术革命对个人及个人生活的影响，毫无疑问，这种影响将不断扩大。 比方说，我们不难预见，崭新的工种将层出不穷，有些熟知的旧工种将会逐渐消失。 从航天工业和电子计算机行业的发展过程来看，这点已经是一清二楚了，例如，电 子计算机行业中的程序设计员和“软件”专家，这是一种前几年还无法料到的新职 业。 技术发展的势头虽然很猛，而且将继续下去，然而，我却认为，要是把它对人 们生活的影响看得大绝对了也是不明智的。可以肯定，它不可能使以前的技术工作 和经验教训都作废。比方说，航空界现在有一种说法：在空间时代，空气动力学过 时了。我根本就不信这种说法（前几年我在康奈尔大学讲学时谈过这个问题）。很 多飞机设计的基本问题，在导弹和其他飞行器设计中照旧存在。要是这些问题消失 了，那才真怪呢。我看，一个人应该通达些，如果从广阔的角度来观察技术发展， 他就能懂得过去和将来对人们思考问题和作出决定是同等重要的。科学的发展是永 恒的；几千年前就开始起步的科学将继续不断前进。那些根基深厚的科学原则，根 本不可能变为转瞬即逝的过眼烟云。 此外，有人常问我，科学家对自己的同胞应该肩负什么责任，在社会上又应该 发挥什么作用？ 从整体来说，我认为科学家无需促使或劝说政府按自己的意图行事，只要把运 用某种科学方法可能导致的实际情况提供给政府就行了。科学家不必去制订计划， 而应该分析做一件事可能产生的后果。照我看来，一个科学家对待公共事务，既不 要像泰勒那样不闻不问，也不要像爱因斯坦那样管得太宽。 有些科学家非常害怕与军事部门合作。爱好和平的马克斯・玻思过去常指责我 “加入”了美国空军。我的好友尼尔斯・玻尔在第一颗原子弹试爆之前就离开了洛 斯・阿拉莫斯试验场，拒绝与军方再发生任何瓜葛。而我却一直认为，我与军事部 门结合是很自然的事情。作为科学家，我感到军事部门是很好共事的团体。眼下我 还发觉，在这个有缺陷的世界上，军事部门是有资金、有干劲的机构，能迅速而有 效地推动科学向前发展。 我无意为军事与科学合作做一番粉饰，也不妄想从中得出什么永恒的哲理。然 而，有一点可以充分肯定：恐惧战争和为科学而科学的单纯科学观点相比，前者对 促进导弹研究的作用要大得多。在某些科学家看来，这个动机不纯，但在整个人类 历史上，科学都包含着这样的矛盾：自古以来，科学和科学家一直是在为战争搞创 造发明与解开宇宙之谜和揭示物质微观结构之间进行抉择和艰难前进的。我认为， 军事与科学合作的基础今天比以往任何时候都要好。鉴于当今世界越来越依赖武装 力量，科学家有必要充分利用军事部门的支持来发展科学。 此外，科学与军事合作还有一层理由。我始终认为，处于软弱地位去侈谈国际 合作与裁减军备用是无济于事的。圣经的旧约全书告诫说，要达到目的，最好有一 根大棒；你不一定非用它不可，有它你就能随意商谈，不受干扰。 我非常尊敬玻恩和玻尔，但始终不理解他们的理想主义立场。毫无疑问，我当 然愿意与他们看法一致，不过，那只有当战争从地球上消失以后才成。在我看来， 一个理想主义者对他无法控制的局面谈得再起劲，充其量不过是画饼充饥而已。 当代科学家的基本信念是什么？这个问题恐怕只能概括地谈谈。我是一位哲学 家的后人，我始终笃信那些稳定的、超越当代紧张形势和种种困难的哲理。当我进 入一生中第9个10年的时候， 更加相信上帝对人类是公正的。我们将在毁灭的幽灵 手下存活；创造战争武器的科学也能建设和平事业，这一点往往容易被人们忽视。 发射防空导弹的工具也能把人造卫星送上轨道预报天气；制造原子弹的科学规律已 经成为向疾病斗争的有力武器；致命的毒气也可以用于救死扶伤。有朝一日，绝大 部分科学力量将会造福于人类。 简而言之，我是个乐观主义者，坚信未来是美好的。要是我做的一点微不足道 的工作对此有所促进，那我就心满意足了。 （曹开成 译） 原子时代的发展及其本质 作者：马克思・波恩 本人应邀来讲讲原子时代，它的发展和本质。我不想有意把这个题目扩大，详 细去谈物理上的发现和它们在技术目的和军事目的上的应用，我宁愿谈谈我对这些 发现的历史根源以及它们对人类命运的影响的看法。 这几年发生了一些改变我们生活的新事情。这个新特征含有光辉的希望，同时 也含有可怕的威胁。毁灭的威胁特别表现在令人难忘的广岛和长崎事例中，这两件 事足以使人信服了。但是我愿一开始就指出，投在那里的原子弹跟以后发展的热核 武器比较起来，只不过是玩具而已。这并非一个简单的破坏力相乘的问题：使一定 数量的不幸的人遭到毁灭，而更多的比较幸运的人幸免于难。这是根本一网打尽性 质的变化。今天，美国和苏联所存储的原子弹、氢弹和铀弹，可能足够互相毁灭各 自所有的较大城市，大概还要加上其余的所有的文化中心，因为几乎所有的国家都 或多或少和这两个大国之一有关系。但是更坏的东西还在准备着，也许已经可以应 用了：例如能在大面积地区产生辐射尘而杀伤一切生物的钴弹。特别罪恶的是：放 射性辐射对后代有遗害：可能引起人类退化的变化。我们正站在人类在过去的世纪 里从未到过的十字街头上。 然而，这个生死存亡关头只是我们智力发展阶段的一个征兆。我们要问：把人 类卷入这进退维谷境地的更深刻的原因是什么呢？ 基本的事实是这样一个科学发现：造成我们人和我们周围环境的物质不是牢固 不可破的，而是不稳定的，爆炸性的。正确地说，我们大家都是坐在火药桶上。诚 然，这火药桶有着相当坚固的壁，我们需要几千年的时间才能在它上面钻一个洞。 今天我们刚刚度过了这段时间，但在任何时候，只要我们划一根火柴就可能把我们 自己炸到天空中去。 收获到希腊原子论者播种的果实的，是我们这一代。物理学研究的最后结果就 是证实了他们的基本概念，即物质世界本质上是由相同的基本粒子组成的，这些粒 子的位移和相互作用产生出各种现象。但是这个简单的描绘当然只是实验结果的粗 略缩影，由于补充了许多特点，它最终是非常复杂的。 在整个元素序列中，大约到铁的位置以后，每个原子核都有分裂的趋势，只是 由于闸门阻止着才未分裂。在自然界发现的最后一个元素铀，有最弱的闸门，1936 年由哈恩和他的同事斯特拉斯曼在实验中第一次打破的，就是这个元素。从这些精 细的实验室里的实验到1942年费米在芝加哥建成第一座原子铀反应器，经过了很长 的一段道路，要求大量的才能、勇气、技巧、组织和金钱。决定性的发现是由中子 碰撞而裂变，同时放出几个中子；这个过程要能控制到一定数量的中子不致逸出， 或者不致与杂质碰撞而消失，以便产生雪崩似的新的裂变，即产生独立自足的反应。 开始时没有人能预言它的结果，但自然对它作了这样的安排，以致一旦手段齐备， 人类就马上发现了它。 它的利用是历史上的一件偶然事件， 是世界大战的影响。 1945年7月16日爆炸的原子弹，其制造的技术花了3年的光阴和近5亿美元。 相反的过程，即原子核熔合成更重的核（例如氢熔合成氦），是太阳和所有恒 星的能源。 在它们的中央部分，温度和压力都非常高，以致4个核子有可能按照一 系列步骤通过连锁反应结合起来。 现时地球上已成功地利用铀弹作为引火物质使4 个核子结合起来，那就是我们现在已有的氢弹。这真是魔鬼似的发明，因为当时还 不知道有什么方法可以减轻其爆炸威力。但是最近已经宣布有方法控制这种反应了。 一切物质都是不稳定的，这点不容再怀疑了。如果不是如此的话，星星就不会 发亮，太阳也不会发热和发光，地球上就没有生命。稳定性和生命是不相容的。因 此生命必须冒着危险，或者是幸福的结局，或者是坏的结局。今天的问题是如何才 能把最大的危险引向幸福的结局。 现在我想谈谈，如果人们的作为理智些，那就能获得怎样的幸福。首先是能源 的问题。 原子核物理学的另一种和平应用方式，是利用原子反应器的放射性副产品生产 出来的很多元素的不稳定的放射性同位素。可以用于许多目的：在医药、技术、农 业等方面作为辐射源，以代替贵重的镭，例如治疗癌，进行材料试验，通过演变创 造植物的新品种等等。“示踪元素”的观念也许比这一切都更重要。把少量放射性 同位素加到某种元素里，观测它们放出的辐射，就可能推知这种元素在化学反应中、 甚至在生物机体内的作用。生物化学中已经日益增多地利用这些方法进行实验，这 代表着我们在了解生命过程方面的一个新纪元。 所有这些，以及将来可能由此发展起来的事，都是伟大的事。联合国在日内瓦 召开的国际会议的工作能带来丰富的成果。但我不禁要问，这样一个技术天堂能否 与原子弹的罪恶相抗衡呢？ 我们相信，大国之间（――现时只有两三个这种国家）的大战已经是不可能的 了，或者最低限度在最近的将来不可能。因为我早已经说过，这多半会引起总的毁 灭，不仅是交战国，而且还有中立国。战争已经成了疯狂的事。如果人类不能废止 战争，人类这个动物学名词就不应当是源出于智慧，而应当源出于癫狂了。 爱因斯坦在临死前曾和伟大的哲学家罗素以及其他人发表了一个明朗的声明。 在林多举行科学讨论会的18个诺贝尔奖金获得者，化学家和物理学家，一致通过了 一个同样的宣言。让他们今天像些梦想家吧，但他们是未来世界的建设者。 但没有很多时间来等待他们的言辞生效了。一切都依赖于我们这一代人的才能， 去重新调整我们对新事物的想法。如果不能这样做，地球上的文明生活的日子就要 到达末日。 因为地球上充满了不可解决的矛盾：人们常听到许多责难原子物理学家的话： 所有的灾难，不单是原子弹，还有那坏天气，都是这些脑力活动者的过失。我曾力 图说明人类智力的发展必有一天将打开和应用储存在原子核内的能。其所以发生得 如此之快，如此完全，以致达到一种危急情况，则是由于一件悲剧性的历史偶然事 件：铀分裂的发现正好是在希特勒当权的时候，而且正好就在他执政的德国，我目 睹过这种使全世界为之震惊的恐怖。希特勒在开始时的成功，显得他好像有可能征 服地球上的一切国家。从中欧走出的物理学家都知道，如果德国能成为第一个生产 原子弹的国家，那将是不可救药的事。甚至终生是和平主义者的爱因斯坦也有这种 忧虑，他曾被一些青年匈牙利物理学家劝说去警告罗斯福总统。战争后期对日本使 用这种炸弹就是另外一回事了。我认为这是一桩野蛮行为，并且是愚蠢的行为。对 此负责的不仅有政治家和军人，还有杜鲁门总统任命的在决策委员会里当顾问的一 小部分科学家。 我们必须学会忍让，必须习惯于谅解和容忍，用助人的意愿来代替威胁和武力。 否则文明人类就要接近末日。因为我相信罗素是对的，他不倦地重复说，我们只能 在共处与毁灭中作抉择。让我引述他的话作为结束： 在那数不清的岁月里，日出日没，月圆月缺，星光照耀于夜间。但只是由于人 类的来临，这些事物才得到了解释。在天文学的宏大世界里，在原子的微小世界里， 人揭开了曾被认为是不可理解的秘密。在艺术、文学和宗教中，有些人表现出崇高 的感情，使人类值得保存下去。难道这些都将毁于浅薄的恐怖，就因为能够想到人 类的人太少，人们只是想到这群人或那群人？难道某一种族那么缺乏智慧，那么没 有公正的爱，那么盲从，甚至看不到最简单的自卫的教训，以致为了最后证明他的 愚蠢的聪明，就得毁灭我们的星球上的一切生命？因为这样不仅人类将会死亡，而 且动物和植物也会死亡。我不能相信这会是结局。 如果我们大家都不相信这一点，从而行动起来，结局就不会是这样的了。 自然科学世界图像的统一性 作者：海森堡 在我们面前，这个世界的外表图像在不断变化，而为了认识这个世界，我们用 一切手段全力以赴地进行着斗争。在这样的时代，人们不会想到精神世界比如在科 学里所起的变化。关于这方面的思想，自然就退居次要地位。虽然如此，对于从外 部来认识这个世界来说，人类思想和愿望的缓慢变化，其重要性不亚于那些一次发 生的重大事件。而如果在任何一个精神领域里逐渐完成了一个永久而彻底的变化， 那么这个变化，对于将来在整个范围内认识这个世界，也有它的重要意义。因此， 也许可以从一般不习惯的一面来看一下我们这个时代，并把它作为在科学领域方面 也很重要的一个时代来对待。在这个时代里，各种不同的自然科学似乎正在开始融 合成一个巨大的统一体。所以我要讲的，正是自然科学世界图像的这种统一性。 让我们首先回顾一下新时代开始时的自然科学最初阶段。在伽利略发现落体定 律和开普勒研究行星运动的那个时期，人们对世界已有了一个简单的、统一的图像； 但还不是自然科学的世界图像。那时候的世界图像，倒不如说还完全是由对一个超 自然的、圣经里定下的启示的信仰决定的，而自然科学家给自己提出的任务，不是 认识上帝在自然界中的业绩，并且在理解了自然界的有规律的和谐以后对他的业绩 加以颂扬。但是无论哥白尼或者伽利略都没有想到，从自然科学的一些发现中得出 的那些结论，可能会同当时宗教的世界图像根本发生矛盾。 但是只不过几十年以后，自然科学家提出的这个任务，也就是对世界的看法， 就发生了根本的变化。随着人们对自然界中观察到的许多现象用数学加以整理澄清、 并给以“解释”时所做的种种尝试获得成功，也就很增长了一种见解，以为这个任 务非常艰巨而且大得无限。18世纪初期的自然科学家已不再像开普勒那样，以为离 开洞察上帝的创世计划并在这样揭开其帷幕的神龛面前顶礼膜拜的这一目的已经不 远，而是站在漫无边际、望不到尽头的新大陆的门前。关于这一变化，不能比英国 科学家牛顿的名言表达得更加清楚了：“我不知道世界把我看作什么。在我自己看 来，我好比一个在海滩上玩耍的孩童，往往因为拾到一个比普通更光滑的卵石，或 者一个比普通更好看的贝壳而高兴，但那一望无涯的未经探索过的真理的海洋，仍 然横在我的面前。” 所以在这个时期就开始了一种认识，以为自然科学的新方法――即把简单的自 然过程用适当的实验剥脱出来，并把发现的定律用数学语言写下来――为研究自然 界开辟了一个无限广阔的天地；这方法可应用于自然界向我们提出的许多个别问题， 因而这里所涉及的，根本不是去理解单独一个大的相互联系，而首先是对许多小的 个别的相互联系作详细分析。 18世纪在理解电现象方面取得了决定性的进展。它为今天的化学奠定了基础， 并且获得了一系列重要的天文知识，它收集了并整理了动植物的许多经验事实。19 世纪把热力学和关于电磁现象的学说提高到了牛顿力学的高度。在其他大部分自然 科学领域里，这一研究也获得了无论在广度和深度方面都超过以往时期的巨大成就。 但是在这种情况下，自然科学不可避免地要分裂成许多小的领域，这些小的领 域本身又提出了如此多的问题，以致没有一个人能指望完全掌握哪怕只是其中的一 个。这种发展导致了往往令人感到遗憾的专家路线。现在，真正的自然科学家引以 自豪的，是深情地探索个别的事例，认识自然界在一个小领域里的最微小特征并对 之作系统整理，看低有关大范围内相互联系的知识的价值。在那时候，至少在内容 上，根本谈不上什么统一的自然科学世界图像；因为每一个科学家的世界，正是他 以毕生精力花费于其中的自然界的那个狭隘部分。 也许最早在19世纪后半期，人们才能谈到自然科学的一种至少在方法论上的统 一性。维勒曾发现，用无机物质可以合成有机物质。这个发现也使化学家确信有机 体中的化学过程是按照无生命物质也一样服从的规律进行的。从那时起，化学在方 法论上也以牛顿力学作为它的先例。而原子假说的成功，为扩展这种学说，即物质 的行为可以建立在最小构造物的力学基础之上的思想愿望，提供了又一个范例。在 生物学中，达尔文进化论把活力论的考察方法排挤了出去，而代之以一种根据因果 概念的分析。甚至在医学方面，也由于试图把有机体中的过程同复杂机器中的过程 作比较的这种想法而获得了很大成功。 因而在那时候，在某种意义上就已拥有一个统一的自然科学世界图像，这就是， 世界由存在于空间中的事物所组成，而这些事物则由于作用和反作用而在时间上发 生规律性的变化。人们可以把这种世界图像称之为对实在的理想化。但是已有好些 迹象表明，各种不同的科学正在其他新的观点下，开始密切地联结起来，而且毋庸 置疑，19世纪末期的这种片面的自然科学世界图像，必将就此为其他思想形式所代 替。 但是，这种把自然科学统一起来的新的过程，不是从方法论上而是从个别分支 的内容上出发的。上世纪后半叶，在麦克斯韦的著名的电现象理论中，光的理论被 归结到电磁过程上去。于是光被证明为是一种电磁波过程，光学就此完成了它作为 物理学的一个独立部门的使命。 原子的假说在19世纪由于化学的发展而获得了牢固的基础。普朗克1900年提出 了量子假说。普朗克在研究热的物体的辐射时，首先发现了原子的能量具有一种奇 特的不连续性。后来卢瑟福从自己的实验中得出这样一个设想，原子可以和一个小 的行星系相比。原子核几乎把整个原子的质量集中于一身，而一些带负电的电子则 在其周围旋转。几年以后波尔用普朗克的量子假说解释了这种与行星系相似的原子 结构的稳定性，而在普朗克的发现之后约25年，终于找到了支配原子结构的那些定 律的准确数学形式。 但是为了满足这些愿望，就必须作一个非常重大的放弃，必须放弃19世纪的自 然科学世界图像，或者更准确地说，必须放弃牛顿力学所依据的那种关于实在的想 象。 这是因为量子导致了这样一个结果：原子不像我们日常经验中的对象一样是我 们所能直观想象得到的一种结构。根据这个理论，一个原子，或者更正确地说，一 个目前原子物理学中最小的构造物，即一个电子，它“本身”就不再具有哪怕是最 简单的一些几何的和力学的特性，而所谓它的特性，只是在它受到外界作用之后我 们所能观察到的那些。这时，在所能观察到的原子的这些特性之间，存在着一个互 补性，它的意义是，知道了原子的一些特性，就排除了同时知道它的另一个特性。 从这一事实情况，我们一方面看到了经典理论显然不能为任何新经验所动摇的 可靠性和完整性，凡是经典理论的概念体系所能及到的地方，这些经典理论就都适 用；另一方面，我们又看到了自然界如何给完全不同的相互联系创造条件的方式。 这就是它通过必然和每一个观察联系在一起的干扰，使我们摸不到原子的完整的直 观图像。原子不能再被毫无保留地客观化，把它当作空间中的一个按给定方式在时 间上变化的物体。所能予以客观化的，只是个别观察到的一些结果，然而它们决不 会提供一幅完整的直观图像。由此可见，必须用另一种比较广阔的想象来代替。 现代科学背景下的太阳系 作者：汉南斯・阿尔文 汉南斯・阿尔文（1908――），瑞典物理学家。生于乌普萨拉。1934年获哲学 博士学位。 1940年起任电学教授、 电子学教授、等离子体物理学教授。1970年至 1975年任科学与世界事务帕格沃什会议主席。英国皇家学会会员，美国、瑞典、苏 联等科学院院士。1970年以研究磁流体动力学理论方面的成果，与人共获诺贝尔物 理学奖。著有《宇宙电动力学》等。 物理科学的重心总是转移着的。每一项新的发现都改变着它的兴趣和侧重点。 同样重要的是，新的技术手段也为研究工作开辟着新的领域。从科学发展史来看， 在很大程度上，科学研究的方法显然取决于新工具的制成。例如，经典力学和经典 电磁学在19世纪发展后，本世纪初，高精度摄谱仪的制成就为物理学开创了一个新 时代。这些摄谱仪在当时是一种非常复杂而昂贵的仪器，它使人们有可能探索原子 外层。同样，30年代的复杂而又昂贵的工具回旋加速器对于人们探索原子核起了主 要作用。最后，近10年来人们又亲眼目睹了更为复杂、更为昂贵的工具――宇宙飞 船，发射这些飞船采用了高度发展的火箭技术，并装备了最尖端的电子设备。那么 我们就可以问，如果说这些工具为科学研究开辟了新领域的话，究竟是哪些新领域？ 物理学的重心这一次是否也将随着重要的工具的制成而转移呢？ 宇宙研究开始的10年，主要集中探索地球附近的空间，即磁层和行星间空间。 这些区域以前都假定为虚空而无结构的，但现在我们知道这些区域中充满了等离子 体，由鞘状层状的不连续面交截，并弥漫着样式复杂的电流和电磁场。这样获得的 知识，对于我们一般地理解等离子体特别是宇宙等离子体是十分重要的，因而对于 我们的热核研究、银河系结构和总星系结构的研究以及宇宙学问题都间接地起着重 要作用。在关于宇宙电动力学方面的越来越多的知识将使我们有可能去研究这些领 域而比以往更少些猜测。等离子体的知识对于我们理解太阳系的起源和演化也是很 重要的，因为我们有充分的理由相信，现在构成天体的那些物质曾经是以等离子态 漫布着的。 看来，空间探索的第二个10年，至少在某种程度上显示出一种不同的特点。由 于磁层和行星际空间的一些基本问题尚未解决，这些领域当然仍将赢得人们很大的 兴趣，但是，登月和对金星、火星等遥远空间的探测已给我们提供了许多新的事实， 致使空间探索的重点正在转向对月球、行星和太阳系其他天体的勘探。 这种勘探的第一阶段必然有这样一种特点，正如对地球上极地和其他难以到达 区域的探测那样，即详尽的测绘应结合有关地质、地震、磁性、重力的观测以及大 气层的观测。不过如把这种研究方式运用到月球和其他行星上去的时候，人们将面 临着另一个问题，即这些天体最初是怎样形成的。事实上近来许多有关空间探索的 报告都以关于太阳系形成和演化的猜测作为结束。由此看来，在不久的将来，这必 将成为空间探索要集中解决的问题。美国国家宇航局早就宣称，空间探索的主要科 学目标是搞清楚太阳系究竟是怎样形成的，这的确是科学研究的基本问题。我们一 直在力图作出一种关于地球和相邻星球如何“创造”出来的科学解释。可以说，从 哲学观点来看，正像物质结构问题在本世纪前1/33时期引起了极大的兴趣那样，太 阳系起源问题也将占据同等重要的地位。 太阳系如何形成的问题，已成了有着大量各执一词的假设的论题。其原因是在 这个问题上我们还缺少足够的物理基本知识，这些基本知识对于理解自然现象、判 断哪些过程可能发生来说，是必不可少的。 然而在详细讨论太阳系起源和演变理论之前，有必要确定一下，任何一种这样 的理论应该有哪些一般的特征。过去人们把太多的注意力集中在太阳周围行星的形 成上，这样做产生的不幸后果之一，就是许多有关太阳系起源的理论都是以太阳本 身早期演化史为基础的，这个基础非常不可靠，因为对于太阳和其他恒星如何形成 的看法一直是有激烈争议的。由于认识到木星、土星和天王星的卫星与太阳的行星 很相似，至少是一样有规则，所以看来现在致力于研究中心天体周围伴星形成的一 般理论，要更为恰当些，而把研究行星的形成只看作是这个一般理论的一种应用。 对太阳系先后顺序的研究常常被称为宇宙演化学，然而这个词还用在许多其他 场合。由于太阳系起源的问题，本质上是主星周围形成伴星这样一种过程反复进行 的问题，所以已建议采用“伴星演化学”这个词。 导致太阳系形成的过程看来可能是（差不多得到普遍的赞同）初始的等离子体 密集在中心天体的某个区域中，凝聚成固态尘粒。尘粒逐渐吸积成星胚，再进一步 吸积，形成较大的星体。如果中心天体是太阳，就成了行星，如中心天体是行星， 就成了卫星。对小行星在伴星演化图中的地位人们是有争议的。这些小行星以前一 般被认为是大行星爆炸后的碎块，但是现在为数越来越多的论据认为，它们就是、 或者至少类似于行星形成过程中的中间态。 在作了这样一番时间和空间上的奥德赛式漫游之后，我们将回到问题的出发点 ――新的技术手段是怎样转移了物理科学的重心。本世纪初物理学所发生的重大革 命，意味着经典力学和经典电动力学作为一个研究领域，被认为多少已经过时了。 引起人们兴趣的新领域是相对论和量子力学，实验工作大部分集中在探索原子壳层 方面。核物理的进展，标志着在这个方向又跨进了一步。 然而，随着等离子体物理学和空间研究的兴起而出现的新倾向，在某种程度上 都是背道而驰的。在这些领域中，量子力学和相对论并不显得十分重要。相反，经 典力学恢复了活力，它不但在计算宇宙飞船轨道方面，而且在研究自然界中天体在 其演化史中的运动方面，都是必不可少的。经典电磁学对磁等离子体理论也具有决 定性的重要意义，而磁等离子体一般来说又是热核研究和天体物理学的基础。但是 这并不表明我们应像50年前那样去犯错误，去宣布原子物理和核物理行将过时。它 们是不会过时的，它们还有继续前进的巨大惯性，还会产生新的有趣的成果。然而 它们已经有了旗鼓相当的竞争者，这就是早些时候被宣传已经陈旧而今天又重新崛 起的那些领域。 很可能，这个新时代还意味着明白易懂的物理学又部分地回来了。对于非专业 人员来说，四维空间的相对论和原子结构中的非决定论总是神秘而难以理解的。我 认为解释等离子体物理中的33个不稳定性或太阳系的共振结构是比较容易的。进一 步强调这些新领域的重要性，在某种程度上意味着物理学的消除神秘化。科学在几 个世纪以来作了这么一个螺旋和次摆线式的运动以后，带头的中心又回到了原来出 发的地方。几千年前，科学的起点正是那些印度人、苏末人或埃及人所观察到的夜 空中的奇观。而几百年前触发了科学蓬勃发展的也正是为什么行星会如此运动的问 题。同一对象今天又成为科学的中心，只是我们所提出的问题不同了。现在我们要 问的是如何到太空中去，以及这些天体是怎么形成的？如果我们观察天体的那片天 空，位于高纬度，就在这演讲厅之外，或者就是在斯德哥尔摩诸岛的某个小岛上方， 我们就能在天空中看到极光，那就是宇宙等离子体。这些极光使我们回想起我们所 在的世界诞生于等离子体的那个时刻，因为我们的世界一开始正是这种等离子体。 ------------------ 小草扫校中国读书网