奥斯特瓦尔德为什么反对原子论
奥斯特瓦尔德教授像堂吉诃德一样，骑着一匹瘦马，手持一把长矛，在向物理学家不再坚持的观点挑战。
——玻耳兹曼
世界上的一切现象仅仅是由处于空间和时间中的能量变化构成的，因此这三个量可以看做是最普遍的基本概念，一切可能计量观察的事物都能归结为这些概念。
——奥斯特瓦尔德
德国著名化学家奥斯特瓦尔德（Friedrich Wilhelm Ostwald，1853—1932）“因为催化作用、化学平衡条件和化学反应速率的研究成果”，获得1909年诺贝尔化学奖。
奥斯特瓦尔德一生对于化学的发展，作出了巨大贡献，尤其是在使物理学和化学这两门学科结合起来，形成一门交叉科学“物理化学”这方面，他可以说是奠基人之一。
在科学史上，物理学和化学在很长一段时期里成了两门互不搭界的学科，走着不同的道路。到了本生（Robert Wilhelm Bunsen，1811—1899）以后，物理学的实验方法才开始应用到化学研究上去，而把物理学的原理用来解释化现象，则是从荷兰物理化学家范霍夫（Jacobus Hendricus Van't Hoff，1852 —1911，1901年获得诺贝尔化学奖）开始。但如果想要确定物理化学创建的年代，恐怕以1887年最为合适。因为这一年创办了专业刊物《物理化学杂志》，还出版了一本物理化学方面的经典教科书；而这两者都与奥斯特瓦尔德有密切关系。《物理化学杂志》是他在1887年创办的，那本“经典教科书”是他写的《普通化学教程》（3卷本）。在《普通化学教程》里，奥斯特瓦尔德指出了物理化学的研究方法和范围，以及将来的发展方向。
但是，这么一位闻名于世的科学大师却在1895年的一次会议上，遭到许多著名科学家激烈的批评，以至于他自己都说：
在讨论中，我发现我自己与众人处于敌对状态，我唯一的支持者和战友是G.赫尔姆。……但是他从我这儿离去了，因为他对能量的实在性概念反感。……我个人是第一次发现我遇到这样一大帮明显的敌手。
一直到1909年以后，奥斯特瓦尔德才承认自己错了，并公开在书中坦陈自己的错误。读者也许会有点迷惘了，这么伟大的一位科学家，怎么会弄得个众叛亲离，成了可怜的孤家寡人呢？他到底怎么啦？
（一）
奥斯特瓦尔德于1853年9月2日出生于拉脱维亚的首府里加（Riga）。里加是波罗的海的一个滨海城市，当时属于沙皇的俄国。这儿有许多从德国来的移民，奥斯特瓦尔德的双亲也都是德国移民的后裔。他的父亲原来是一个长期在俄国流浪的手艺人，后来成了家就定居在里加市，专门从事木桶的制造。他的母亲是一位面包师傅的女儿，她的祖先是从德国中西部黑森州（Hessen）来的移民。母亲一生酷爱艺术，父亲十分尊重她的这一爱好，虽说家里的经济并不宽裕，但只要周转得开，他就会为她在剧院里预订座位。而且，她还喜欢看书，虽然要为10来人做饭（经常有工匠或学徒若干人），但她却总能挤出时间看书看报。这种对精神生活的重视，肯定会影响到儿童时期的奥斯特瓦尔德。而父亲大约一生流浪受过不少苦楚，见过不少世面，明白了许多根本的道理，因此他下定决心，宁可自己作出最大牺牲，也一定要让孩子们受到良好的教育。
奥斯特瓦尔德是很幸运的，因为他拥有如此爱护他的双亲。
大约是11岁吧，他像许多科学大师的儿童时期一样，读了一本让他入迷、惊喜的科普书籍，不过不是那种偏重介绍科学理论的书，如爱因斯坦12岁读的《通俗科学丛书》那类，而是一本制作烟花的书。烟花他见过，在夜空中那彩色的雨向四面八方洒下来时，曾让他付出过多少激动之情啊！如今他也许可以按图索骥，自己动手制作出来。这是多么激动人心的事情！更让他高兴的是，双亲知道他的想法以后，立即大力支持，父亲还在地下室腾出一块地方让他当工作间。烟花是爆炸物，一般说，大人会严格禁止小孩去接触这些“危险”的东西的。但他的双亲却不但不训斥和反对他的想法，反而帮助他。没有钱，奥斯特瓦尔德自己找地方打工，挣点钱买必备物品；弄不懂，就找各种书来看……后来，他硬是靠自己的钻研和勤奋，把烟花送上了天。当五彩缤纷的彩雨下落时，他笑了，他的双亲也骄傲地笑了。
从这次制作烟花开始，奥斯特瓦尔德开始对化学有了非同一般的兴趣。接着，他对照相又有了兴趣，在一番努力之后，他竟然利用一些雪茄烟空匣子……制成了一架照相机，还洗出了照片。这件事让他的化学老师大吃一惊，由此知道这个孩子前途不可限量，于是经常帮他学习化学知识。后来奥斯特瓦尔德曾对年轻人回忆这一段往日旧事时说：
在困难面前，我发现有一个原则很有用，那就是当你想做某件事情时，而又发现没有成功的把握时，你会发现，最好的帮助是 大声鼓励自己：“我在某某时候一定会完成它 ！”这样，你会责成 自己正规地、持续地去干这件工作，因为逼上了梁山，没有退路可走了。而且，你也将十分乐于去干。……我于是全力以赴地去干，终于按时洗出了照片。
具有这种个性的人，多半会取得成功。在学习上虽然他因为爱好太广泛而影响过考试成绩，但他终究会在关键时刻赶上同学们，顺利完成学业。
1872年1月，他成了爱沙尼亚塔图大学（University of Tartu，Estonian）化学系的学生。父亲原来希望儿子读化工专业，将来可以从事收入高的技术工作；但奥斯特瓦尔德自己却更愿意从事纯化学研究，探索大自然的奥秘。他不在乎将来收入的多少。双亲尊重了他本人的选择。
1875年1月，奥斯特瓦尔德大学毕业。
（二）
有一位日本化学家田中实在一篇名为《奥斯特瓦尔德的原子假说》的文章中，提出过一个很有意思的问题。他写道：
这位伟大的化学家在19世纪末的时候，怎么会成为一个强烈主张原子假说无用论的人呢？……尤其是，奥斯特瓦尔德和阿伦尼乌斯、范霍夫（这两个人的功绩是使19世纪的化学原子论接近现代阶段）密切合作，确立了物理化学这一新兴领域，所以我们似乎有理由说当他正处于化学研究高峰时期，他理应是一位自觉的原子论者。
这个问题恐怕不只是田中实感兴趣，广大读者同样也会感到惊讶。为了把问题说得更透彻，我们这一小节就专门讲述奥斯特瓦尔德、阿伦尼乌斯（Svante August Arrhenius，1859—1927，1903年获得诺贝尔化学奖）和范霍夫这三个人的一段传奇般的合作研究。
奥斯特瓦尔德年与范霍夫在实验室工作。
19世纪后半期，科学界有一个百思不得其解的难题，那就是：电流不能通过蒸馏水，也不能通过固体的盐块；但是，把盐块放进蒸馏水中溶成盐水时，电流却一下子畅通起来，而且在盐水中的两个电极板上会出现新的物质。这真是奇怪极了，许多著名科学家如戴维、法拉第都对这一奇怪现象束手无策、百思不得其解。1884年，一位瑞典的博士生阿伦尼乌斯向这个难题提出了一个让科学界惊诧的解释。他指出：
“只有离子才参加了溶液中的化学反应。也正是离子的运动使盐水可以通过电流。”
也许我们应该解释一下什么是“离子”（ion）。我们以盐水为例。纯净的固体食盐放入蒸馏水中以后，盐在水中发生了人眼看不到的变化。食盐（NaCl）是由两种元素氯（Cl）和钠（Na）组成，所以食盐的化学名称是“氯化钠”。它在水中溶解以后，氯化钠就分解成氯和钠两种带电的离子Na+和C1¯。这种带电的微小粒子就叫做“离子”。Na+正电，称钠离子；Cl¯负电，称氯离子。“离子”这个名称还是几年前由法拉第取的。
法拉第认为：“离子是由于电流的作用才产生的。”
阿伦尼乌斯不同意这种观点，他的看法恰好与法拉第相反。他认为盐一溶于水，离子就自动产生了，并存在于溶液之中；而且正是由于有了这些离子，盐水才导电。
阿伦尼乌斯的“离子理论”一提出来以后，立即遭到瑞典许多知名化学家的嘲笑和坚决反对。他们问：
“氯是一种绿黄色有毒气体，如果盐水中有氯离子，为什么盐水是白色的，而且没有毒？而且，钠一遇到水就会发生强烈反应，水将沸腾起来，如果盐水中有钠离子，为什么一点儿反应也没有？”
阿伦尼乌斯当然知道这些难于解释的问题。但他却大胆地假定：“离子带的电荷，改变了原子的性质。”氯离子带有负电荷，因此它的性质就不同于氯原子；同样，钠离子带有正电荷，因此性质就不同于钠原子。
这在当时是一个非常大胆的假设，因为当时人们还不清楚原子的构造，不知道电子、质子、中子，在这种情形下作出这样大胆的假设，真可谓“胆大包天”，需要何等丰富的想象力和胆量啊！但可惜、可叹、可悲的是，瑞典竟没有一位学者敢于支持阿伦尼乌斯的离子假说，连斯德哥尔摩的瑞典科学院都不予理睬。
在万般无奈之下，他只好求助于国外的知名学者。他将自己的论文《关于电解的伽伐尼电导率的研究》寄给德国的克劳修斯（Rudolf Julius Emanuel Clausius，1822—1888）、迈耶以及奥斯特瓦尔德……当时奥斯特瓦尔德在里加工学院任化学教授。
奥斯特瓦尔德于1884年6月的某一天收到阿伦尼乌斯寄来的论文。后来他在《自传》中还特地记下了这一天，因为这天除了收到阿伦尼乌斯的论文以外，还有两件事：一是他的牙疼得难以忍受；二是妻子为他生了一个宝贵女儿。
他读了阿伦尼乌斯的论文以后，立即认识到一门新的化学——离子化学就要诞生了！他为这门新化学的诞生和巨大价值，激动得几夜不能入眠。（当然，牙疼恐怕也不利于入眠。）奥斯特瓦尔德真是慧眼识人才，而且当机立断，不顾牙疼和妻子临产不久需人照顾，也不在乎旅途遥远，立即动身前往瑞典。他要尽快帮助这位年轻人，也需要与他进一步讨论许多有关离子中的问题。
1884年8月，这两位志同道合的学者在斯德哥尔摩市见了面。他们在一起度过了许多令人愉快的日子。在美丽的马拉尔湖边草地散步时，他们总是谈论那群看不见、摸不着的离子，一直谈到离子像天上的星星那样真实，才肯罢休。
奥斯特瓦尔德为阿伦尼乌斯弄到一份奖学金，使他可以到里加和欧洲各国留学。在5年留学的日子里，他们又认识了荷兰的化学家范霍夫。范霍夫在1874年前后创建了一个全新的化学分支——立体化学；到1882年又发表论文，认为溶液中的溶解物质应遵守气体运动的一些规律。范霍夫的这一思想，对改善阿伦尼乌斯的离子理论大有益处，于是他们两人在阿姆斯特丹一起讨论溶液、离子、气体定律……离子理论更趋完善和成熟。他们这种真诚无私的合作，在科学史上是罕见的，一直被传为佳话。
1887年，奥斯特瓦德到莱比锡大学任化学教授，这时他已经是欧洲很有名气的化学家了。到了莱比锡以后，在奥斯特瓦尔德的主持下，他们三人决定主动向保守的化学界挑战，尽快让科学界肯定、接受阿伦尼乌斯的离子理论。他决定创办《物理化学杂志》，他们要在这份杂志上，全面、主动报道电离理论的新进展，新发现！他们三人激动地宣称：
“胜利一定属于我们！”
果然，离子理论很快被欧洲化学界接受了，人们也十分钦佩他们的胆量和合作，并戏称他们三人为“离子理论中的三剑客”。1903年，阿伦尼乌斯“因为发现电解质溶液电离理论”而荣获诺贝尔化学奖，比奥斯特瓦尔德还早6年。奥斯特瓦尔德这种无私助人的精神，这种勇于创建新理论的勇气，实在值得后辈学习。
讲述段往事，除了使我们能进一步了解奥斯特瓦尔德这位伟大的化学家以外，也会使我们从奥斯特瓦尔德支持阿伦尼乌斯、范霍夫的事迹中看出，他应该是一位坚定支持原子论的科学家，否则，连原子都不承认的人，会去支持“带电微粒”的离子吗？还有，范霍夫的立体化学，更是在原子论的基础上建立起来的，奥斯特瓦尔德能不知道吗？
但奇怪的事还真是发生了：从1892年起，奥斯特瓦尔德开始反对原子论，并成了美国著名科普作家艾萨克·阿西摩夫（Isaac Asimov，1920—1992）所说的：反对原子论的“死顽固”之一。
这事可真有点让人满头雾水呀！
（三）
1887年，奥斯特瓦尔德到莱比锡大学任教。11月23日他发表就职演说，演说题目是《能量及其转化》。他在演说中强调了能量的实在性和实体性，反对把能量仅仅看做是一种数学符号。有不少人认为，这是他发展“唯能论”（energetics）观点的一个公开信号。
此后，他日夜思索这一问题。逐渐地，他认为分子、原子和离子只不过是一些数学虚构，并没有提供任何物质本性的东西，只不过是为了方便地进行能量运算而已。接着他进一步认为，自然界变化万千的现象，倒不如用“能量的变换”这个术语来解释更方便。和所有科学家突然获得顿悟和灵感一样，奥斯特瓦尔德在紧张思考之余，也突然在“天才的闪光”照耀下，“圣灵下凡”——得到灵感了！他在自传中用颇具文学色彩的语言，生动地描述了灵感降临的过程。
那是1890年初夏，他为写作上的问题到柏林会见物理学家布德（E.Budde）。在与布德一夜深谈之后，奥斯特瓦尔德突然兴奋得不能入眠，于是在天还没亮的时候就起床到住处附近动物园去散步。不知不觉中，晨曦射进花丛中，小鸟开始在树丛中啼鸣……他突然感到浑身上下充溢着想向外飞散的活力，他感到自己在向外扩张，与万物宇宙融为了一体。就在这时，“灵感下凡”，他脑子里“金光一闪”：一切豁然开朗。他终于明确地体识到：能量是描述万物运动的最佳概念，而且他不再怀疑能量的“实在性”了。
接着，他公开在著作中宣布了自己的观点。1892年他声称：质量、空间和时间的单位制应该用能量、空间和时间的单位制来代替；1893年他指出，世界上的一切现象，仅仅是由处于空间和时间中的能量变化构成的。因此，一切可以测量、观察的事物，都应该归结到这三个概念上。奥斯特瓦尔德否定了原子、分子的存在，认为物质这个概念是虚幻的，应该用能量这个具有“实体性”的概念代替。他原本是相信原子论的，也在它的基础上推进了化学的发展，现在，他却公开举起了反对原子论的旗帜，用“唯能论”的大旗取而代之。
1895年9月20日，在德国吕贝克市（Lübeck）召开第67届德国自然科学家和医生大会。在这次会上，奥斯特瓦尔德发表了题为《克服科学中的唯物论》，公开向原子论提出挑战。他说：所谓不断运动的实物粒子（如分子、原子）都是一种幻象，所谓“物质”只不过是一个方便的术语；能量才是更普遍的概念，它与原子是否存在无关，而且不受前沿任何变化的影响。他声称：
“新理论必须把质量还原为能量。”
奥斯特瓦尔德的发言，立即受到许多科学家如玻耳兹曼（Ludwig Boltzmann，1844—1906）、普朗克、能斯特、菲利克斯·克莱因、索未菲……的强烈反对，他们还对“唯能论”进行了严厉的批判。其中尤以玻耳兹曼的批评、反驳最为激烈。当时还很年轻的索未菲在1944年回忆道：
奥地利物理学家玻尔兹曼
玻耳兹曼和奥斯特瓦尔德之间的斗争，无论从哪一方面看都颇似公牛和灵巧斗牛士的搏斗。但是，这一次不管奥斯特瓦尔德这位斗牛士的剑术如何高超，却被玻耳兹曼这头公牛击败了。玻耳兹曼获胜，我们都站在玻耳兹曼的一边。
奥斯特瓦尔德本人也多少感到一些沮丧，不由叹息地说，“我发现我自己与众人处于敌对状态”，还说“第一次发现我遇到这样一大帮明显的敌手”。但他并没有立即认识到自己已经陷入了误区，仍然毫不妥协地坚持他的“唯能论”。到他退休时，他把自己隐居的宅所称为“能园”，说明他要为“唯能论”继续奋斗下去。
在他继续孤军奋战时，一系列新的实验发现（放射性、电子……），使原子、分子以及离子的实在性变得越来越明显了，他的本来就不多的几个“战友”，也都先后皈依了原子论。最后，奥斯特瓦尔德也不得不在1908年9月公开承认，他反对原子论的观点彻底错了，他不能不在事实面前公开承认原子论。
事情发生在1908年，是因为这年法国物理学家佩兰（Jean Baptiste Perrin，1870—1942）通过藤黄树脂悬浊液的布朗运动实验，确凿无疑地证实了分子和分子运动的存在，佩兰甚至可以通过计算得出分子的大小。在这种无可辩驳的事实下，奥斯特瓦尔德迅速地、坦率地承认了原子论，他在《普通化学概论》的第4版序言中写道：
我现在确信，我们最近已经具有物质分立性或颗粒性的实验证据了，这是千百年来人们极力寻求而一直没有得到的证据。一方面，分离和计数气体离子，J.J.汤姆逊长期而杰出的研究已获成功；另一方面，布朗运动与运动论的要求相一致，已由许多研究者并最终由让·佩兰建立起来；这一切使最审慎的科学家现在也理直气壮地谈论物质的原子本性的实验证据了。原子假设于是已被提升到有充分根据的理论地位，在打算用来作为我们普通化学知识现状入门的教科书中，它能够有权要求自己的一席之地。
由这段话我们的确可以看出，奥斯特瓦尔德的确具有科学家应该遵循的起码准则：尊重事实。他的坦率承认十分真诚，但他同时又说：
“在实验证实之前，他反对原子论是完全正当的，无论对自己还是对科学都不是一种过失。”
这句话未免让人觉得他有点文过饰非、讳疾忌医。当大多数科学家都在为寻求证实原子、分子存在的实验证据而苦苦求索之时，你奥斯特瓦尔德却在一旁拼命反对原子论，玻耳兹曼甚至都气得要自杀（后来果然也自杀了，但恐怕不能把责任都推到奥斯特瓦尔德身上）；而且奥斯特瓦尔德本人也十分较真，耳朵都气聋了。怎么到原子论被最后证实以后，他的反对却是“正当”的了，而且不是一种“过失”？这能令人信服吗？
实际上，只有承认自己的确错了，这才能分析失误的原因，并从而得出有益的教训。而且，奥斯特瓦尔德的错误事出有因，很值得我们认真分析一番。本文不拟从哲学方面进行分析，只从方法论方面进行一些分析，也许我们会得到比较一致和有益的结果。
仔细分析奥斯特瓦尔德的著作，可以看出一件让人惊诧的事情，那就是他对待假说的态度。在任莱比锡大学教授之前，他曾因为阿伦尼乌斯的“电解质离解”的假说与他的亲和力理论一致，而极力支持阿伦尼乌斯的假说。由此，他是一个自觉的原子论者，而且这一假说大提高了他的亲和力理论的价值。这时他既不反对假说本身，也不反对原子假说。但到了1895年，他整个儿转了180°的弯，他不仅公开反对原子假说，也公开反对一切自然科学中的假说。他曾经在公开场合中说：
在我看来，马赫的思考方式将大受欢迎。他无论在什么地方都拒绝一切假设，这成为我的范例。他认为假设无论在什么地方并不是不可缺少的，而是有害的。我同意这一见解。
如果说在这儿奥斯特瓦尔德还是“借他人之杯酒浇自己的块垒”，那么后来他在《自传》中则直接道出了自己的心声。对于原子论，他明确无误地说：
“我要大喊：你们用不着制造偶像！”
对于一般的科学假说，他指出：
科学的任务在于，把作为现实的事物（即能够看到、测量到的事物）的诸量相互联系起来；这样，给出一个量，就可以导出其他一些量。这个任务并不是把假设的图像作为范例而起作用的，而仅仅证明了这些可测量之间的相互关联性。
奥地利物理学家和哲学家恩斯特·马赫，实证主义主要人物。
从这些讲话和其他一些资料中我们可以确凿无疑地看出，奥斯特瓦尔德由于深受奥地利物理学家马赫（Ernst Mach，1838—1916）的实证主义[4]的影响，至少在1895年以后，公开地提出科学中的一般假说，尤其是原子假说是毫无价值、毫无用处的；认为假说只会有害于科学事业的进程。我们也可以说，正是由于他的实证哲学思想以及由此而延伸的反对一节假说，终于导致他由拥护原子论而走向反原子论的错误道路。
实证主义在这儿就不多讨论，这儿讨论一下假说在科学发展中的作用。
一般认为，科学发展的途径是从观察、实验入手，经过科学思维后提出假说；然后又经过实验、观察的检验与修正，使假说形成科学理论，如此循环往复，不断深入，不断前进。我们可以说，假说是科学发展必由之路；它是观察、实验的延伸，有的经实验的证实、修正而上升为理论。因此，假说是观察、实验解释的结果，是思维的产物，但也是进一步观察、实验的起点。正是在这个意义上，法国伟大的数学家、物理学家彭加勒在《科学与假设》一书中明确地指出：
“一切推广都是假设，因而假设有必不可少的作用，从来没有一个人对此持有异议。”
在我国科学史界，有一段时间把牛顿（Sir Isaac Newton，1642—1727）作为不作假说、反对假说的典型例子，那其实是天大的误解。牛顿在反对笛卡儿（René Descartes，1596—1650）的“涡旋”假说时，因其影响之大、危害之深，所以再三强调：假说应该从实验和观察出发，不能够脱离实验和观察而信马由缰地任意提出“惊人”的假说。他曾语重心长地告诫人们：
“我从不杜撰假说。”
那意思是说，不能像笛卡儿那样，放着现成的由实验和观察得出的开普勒（Johanns Kepler，1571—1630）行星三定律不管，却脱离实验观察另提一种“涡旋假说”，结果严重影响、阻碍了力学的发展。其实，牛顿一生提出过多少假说！正如日本物理学家广重彻在《物理学史》一书中所说：
“不言而喻，在科学研究中提出假设是很必要的。没有假设，连一个实验也做不成。牛顿也正是因为不断地提出假设，才不断取得进步的。”
奥斯特瓦尔德到19世纪末突然反对自然科学中的一切假说，说得再轻松至少也是一种“病态情绪”。对待假说的“病态情绪”大致上有两种，一种是对自己的假说过于热衷，像美国物理学家密立根因为过分热衷于自己的有关宇宙射线的“光子假说”，结果失去了客观判断的能力；当实验、观察的事实与“光子假说”尖锐矛盾时，仍然坚决维护自己的假说，而置事实于不顾，甚至文过饰非、欲盖弥彰，结果让自己在科学事实面前丢尽了脸。
另一种则相反，像奥斯瓦尔特一样，反对“一切假说”。有趣的是，当奥斯特瓦尔德在反对“一切”假说时，他自己正好又提了“另一个”假说：唯能论假说。这岂不是自己跟自己过不去？且慢，奥斯特瓦尔德自有办法为自己开脱。他说他的唯能论只不过是“可测量诸量相互依存的一种关系”，不需要如原子假说中所不可缺少的“假设的图像”。这样一变，假说就没有了，有的只是数量上的关系和公式。
妙哉！可惜物理学不是数学，物理学史上有不少著名大师想把物理学变成数学，希尔伯特大师也试了一下，但结果都失败了。奥斯特瓦尔德也同样不可能成功。到了20世纪20年代中期，物理学家有了一个非常了不起的薛定谔方程，它可以把描述微观世界行为的诸量算得呱呱叫，让物理学家惊得发呆，但这并不是说物理学家到此就满意了，他们还是要在数学关系式中去作出各种物理学假说，例如，玻尔就提出了后来闻名于世的“光-粒子二象性”假说。
研究奥斯特瓦尔德这段历史，看来是十分有益的。很值得作一些深入研究，我们这儿只作了一个小小的开头。