哲学史*所昭示给我们的，是一系列的高尚的心灵，是许多理性思维的英雄们的展览，他们凭藉理性的力量深入事物、自然和心灵的本质——深入上帝的本质，并且为我们赢得最高的珍宝，理性知识的珍宝。——黑格尔《哲学史讲演录·导言》（贺麟、王庆太译）（*编注：这里的“哲学史”亦包括我们今天所说的“科学史”）
下文为《德尔斐的囚徒：从苏格拉底到爱因斯坦》节选。中国科学院物理研究所研究员曹则贤称本书为“一曲真诚的哲人礼赞，既有对哲人的讴歌，也有对人类智识脉线的梳理。”
撰文 | 李轻舟（重庆市大学科学传播研究会理事）
破风车散落在地平线，
平原的尽头。
冲啊！
“盛装”的骑士，
我心爱的“骏马”
——浩浩平沙，一骑绝尘！
为什么要呼喊？
我忠顺的仆人。
堂·吉诃德、罗西南多、桑丘·潘沙，好一幅“古道西风瘦马”——灯影摇曳中，冷眼旁观的塞万提斯（Miguel de Cervantes Saavedra，1547~1616）平静地写下：
别了，骑士的时代……
狭路相逢
维也纳，欧洲的古典之都。这里汇聚了海顿、贝多芬、莫扎特、舒伯特、大小斯特劳斯……空气中弥漫着鲜花与芳草的味道，耳畔萦绕着管风琴与小提琴奏鸣的音符。
1895年的维也纳大学（Universitt Wien），这种优雅的宁静被打破了。这一年的5月5日，奥匈帝国皇帝弗兰茨·约瑟夫一世（Franz Joseph I，1830~1916）下诏，任命恩斯特·沃德弗里德·约瑟夫·文泽尔·马赫（Ernst Waldfried Josef Wenzel Mach，1838~1916）为维也纳大学教授，主持专为他而设置的讲座“哲学，尤其是归纳科学的历史与理论”（Philosophie, insbesondere Geschichte und Theorie der induktiven Wissenschaften）。
恩斯特·马赫（1905）
走出丧子之痛的学者，携第一流“哲学家”之声望回归母校——虽然，马赫本人极度排斥“哲学家”的称谓，在代表作《感觉的分析与物理的到心理的之关联》（Die Analyse der Empfindungen und das Verhltnis des Physischen zum Psychischen，1886）和《认识与谬误，心理学研究纲要》（Erkenntnis und Irrtum, Skizzen zur Psychologie der Forschung，1905）中，他反复将自己的学问归结为“自然科学的方法论和认知心理学”（naturwissenschaftlichen Methodologie und Erkenntnispsychologie）。
智慧的归来是维也纳的一件盛事，几乎一夜之间，他的实证论（positivism）或现象论（phenomenalism）信仰、他对人类心灵的关照以及他对牛顿体系不留情面的批判都成为青年人竞相追逐的潮流——恩斯特·马赫，精神偶像般的存在。
10月21日，为马赫就职演说准备的维也纳大学演讲厅人山人海，为了一睹智慧的尊荣，无数追随者把这里围堵得水泄不通。数学、物理、化学、哲学、医学、生物学、历史学……知识背景五花八门的学生汇聚到马赫的讲台下，在深邃而不失明晰的思想与简洁却不乏优美的语言中如痴如醉……
校园僻静之一隅，冷清的教室内，约瑟夫·斯特番（Josef Stefan，1835~1893）的继任者，维也纳大学理论物理教授，路德维希·爱德华·玻尔兹曼（Ludwig Edward Boltzmann，1844~1906）望着窗外不远处的喧嚣，轻声叹了口气。
路德维希·玻尔兹曼（1902）
旷野，站立着两位提剑的骑士——决斗已经不可避免了！
启蒙之剑
臣之剑，十步一人，千里不留行。
——《庄子·杂篇·说剑》
骑士——恩斯特·马赫，身后隐隐可见不列颠怀疑论宗室大卫·休谟（David Hume，1711~1776）与法兰西实证论宗师奥古斯特·孔德（Isidore-Auguste-Marie-Franois-Xavier Comte，1798~1857）。他把科学的任务限定于用数学函数——“变量”（Variablen）之间的关系——对经验到的事物关系进行“表述”（Beschreibung），遵循“思维经济原则”（Prinzip der Denkkonomie）[1]的“表述”才能通向“世界的固定不变性”（beharrende Unverndlichkeit der Welt），而那些基于因果关系的“解释”（Erklrung）、那些对离开经验的“物自体”（Dinge an sich）的迷恋，不过是形而上学的虚妄罢了。
在1883年出版的巨著《从历史批判角度展现的力学发展》（Die Mechanik in ihrer Entwicklung historisch-kritisch dargestellt）中，马赫把“剑”指向了统治“理性帝国”两个世纪的“不列颠教宗”——伊萨克·牛顿。
这第一“剑”，源自马赫早年的《论质量的定义》（?ber die Definition der Masse，1868）——“质量”，直到19世纪仍然是“物质的量”的同义词，是经典力学基座上的第一块砖、牛顿在《原理》中给出的第一个定义：
Def. I. Quantitas Materi est mensura ejusdem orta ex illius Densitate et Magnitudine conjunctim.
定义I 物质的量是源于同一物质的密度和大小联合起来的一种度量。
与之密切相关的是“惯性”或“物质固有的力”：
Def. III. Materi vis insita est potentia resistendi, qua corpus unumquodq;, quantum in se est, perseverat in statu suo vel quiescendi vel movendi uniformiter in directum.
定义III 物质固有的力是一种抵抗的潜力，通过它每个物体尽可能保持它自身的或静止或匀速直线运动的状态。
约半个世纪后，牛顿的代言人、拉普拉斯口中“万世师表”（notre matre à tous）[2]，列昂哈特·欧拉（Leonhard Euler，1707~1783）在《力学或运动科学的分析阐释》（Mechanica sive motus scientia analytice exposita，1736）第一卷的“命题17”（PROPOSITIO XVII）中给出定理：
THEOREMA. Vis inertiae cuiuscunque corporis proportionis est quantitati materiae, ex qua constat.
定理 任一物体的惯性力正比于它所依赖的物质的量。
在随后的“证明”（DEMONSTRATIO）中，欧拉重构了质量定义：
Vis inertiae est vis in quovis corpore insita in statu suo quietis vel motus aequabilis in directum permanendi . Ea igitur aestimanda est ex vi vel potentia, qua opus est ad corpus ex statu suo deturbandum. Diversa vero corpora aequaliter in statu suo perturbantur a potentiis, quae sunt ut quantitates materiae in illis contentae. Eorum igitur vires inertiae proportionales sunt his potentiis. Consequenter etiam materiae quantitatibus sunt proportionales. Q. E. D.
惯性力是任一物体中的一种力以保持静止或匀速运动状态。因此，它可以用施于这个物体的改变原来状态的外力来估量。实际处于各自原来状态的不同物体受到迫使其改变的外力与它们所包含的物质的量相当。因此它们的惯性力与这些外力成正比。故而，物质的量也与这些外力成正比。证毕。
换而言之，欧拉选择外力来度量“质量”[3]。
欧拉肖像（Jakob Emanuel Handmann，ca.1756）
对马赫而言，无论在牛顿的体系还是在欧拉的体系，“物质的量”和“力”是无法经验到的存在，由此度量的“质量”，无异于空中楼阁——实际上，随着历史发展，即使在那些还被称为“力学”的物理分支中，“力”被调用的机会也在日益下降[4]。
故君子之治人也，即以其人之道，还治其人之身。
——朱熹 《中庸集注》
最终，马赫选定的方案依托于牛顿自己的第三定律——与绝大部分人的印象不同，第三定律里根本没有或者说不需要“力”：
Lex. III. Actioni contrariam semper & qualem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse quales & in partes contrarias dirigi.
定律III 每个作用存在总是相反且相等的反作用：或两个物体之间存在总是相等且指向对方的相互作用。
借助可观测的加速度，马赫给出了质量的可操作定义——两个存在相互作用的物体，如果产生了相等且相反的加速度，则定义两个物体具有相等的质量[5]。如果质量为m的物体A与质量为m′的物体B存在相互作用，彼此产生加速度 φ和 φ′，则
由此，我们可以选定A作为质量单元m0，则B的待测质量
这正是马赫的实证论要求的“操作性”，未来它将无处不在。
马赫的第二“剑”，直接砍向虚无缥缈的“绝对空间”（Spatium absolutum）和“绝对运动”（Motus absolutus）——牛顿提着他的“水桶”（situla）上场了：
Si pendeat situla a filo pr?longo, agaturq; perpetuo in orbem donec filum a contorsione admodum rigescat, dein impleatur aqua, et una cum aqua quiescat; tum vi aliqua subitanea agatur motu contrario in orbem, et filo se relaxante, diutius perseveret in hoc motu: superficies aqu sub initio plana erit, quemadmodum ante motum vasis, at postquam, vi in aquam paulatim impressa, effecit vas, ut hc quoq; sensibiliter revolvi incipiat, recedet ipsa paulatim e medio, ascendetq; ad latera vasis, figuram concavam induens, (ut ipse expertus sum) et incitatiore semper motu ascendet magis & magis, donec revolutiones in qualibus cum vase temporibus peragendo, quiescat in eodem relative. Indicat hic ascensus conatum recedendi ab axe motus, & per talem conatum & innotescit & mensuratur motus aqu circularis verus & absolutus, motuiq; relativo hic omnino contrarius.
如果用一条足够长的绳悬挂一只桶，且桶持续转动，直到绳被拧紧，再注入水，且桶与水共同静止；然后，另一个力突然使桶反向转动，且绳舒张时，这个运动会持续一段时间；刚开始时水面是平坦的，与桶运动之前一致。然而此后桶通过逐渐施力于水，使水开始明显旋转，逐渐离开中心，并沿着桶壁上升，形成凹面（如我曾实验过的那样），且转动越快，水上升得越高，直到它与桶同步旋转，相对静止。水的上升揭示了它离开转动轴的趋势，且由这样的趋势可以知道并度量水的真实的和绝对的圆周运动，与它相对运动的方向相反。
看，绝对空间里的绝对运动！——牛顿指了指正在沿桶壁上升的水，他坚信这种离心现象是一种绝对的、真实的运动，它是绝对空间的证据。
马赫笑了笑，他用“剑”指了指头顶的星空——先生，引力！
在马赫的体系里，牛顿期望中的“绝对运动”是在一个绝对的“虚空”中的孤立物体的运动，这是不可观测的、形而上的“彼岸世界”。桶中水可观测的离心趋势不过是相对于遥远的星空背景，驱动水离心的“惯性力”其实就是那些硕大天体对水的引力作用罢了。剩下的事情，就是建立定量的动力学关系了……
牛顿在这一“剑”中看到了宿敌莱布尼兹与贝克莱的身影，而马赫并没有走向“教宗”的宝座，他已然收起了寒光逼人的“宝剑”。作为一个“启蒙者”——“力学中的伏尔泰”，纵有千般无奈，他也不得不与麦克斯韦一道等待，等待同一位知音来破解这“惊世剑招”的奥妙！
卫道士
至大无外，谓之大一；至小无内，谓之小一。
—— 《庄子·杂篇·天下》
玻尔兹曼感受到前所未有的压力，在滚滚的时代大潮前，他选择了逆流而上，像一个“旧时代”的卫道士那样，捍卫古老的“还原论”（Reductionism）——作用的背后有实体，现象的背后是本质！
这确实是太古老了，甚至比苍老的苏格拉底还要古老……大约在公元前5世纪，留基伯（Leucippus，约公元前5世纪 ）的传人，德谟克利特（Democritus，460~ 370 BC）逃离变幻莫测的现象世界，毅然闭上了自己的双眼。这是一个“仪式”，告别身的感官，通向思的神性。他把自己囚禁在永恒的黑暗之中，因为在这里宇宙的图样分外清晰——无限寂寥的“虚空”（κεν）与不可分割的“原子”（τομον）[6]，缤纷万象不过是虚空中原子的聚散离合，你看不见它们，但它们构成了整个世界！
德谟克利特，含笑的哲人（Antoine Coypel，1692）
自此，从伊壁鸠鲁（Epicurus，341~270BC）到卢克莱修（Titus Lucretius Carus，99?~55?BC），从玻义耳到拉瓦锡，从笛卡尔到牛顿……后继者在不同的场合复现德谟克利特的“仪式”，构造各自的“微粒哲学”——1808年，人们在新出版的《化学哲学的新体系》（A New System of Chemical Philosophy）中，听到一位“红绿色盲”，约翰·道尔顿（John Dalton，1766~1844）再一次“重复”瞎子德谟克利特的话：
Chemical analysis and synthesis go no farther than to the separation of particles one from another, and to their reunion. No new creation or destruction of matter is within the reach of chemical agency. We might as well attempt to introduce a new planet into the solar system, or to annihilate one already in existence, as to create or destroy a particle of hydrogen. All the changes we can produce, consist in separating particles that are in a state of cohesion or combination, and joining those that were previously at a distance.
化学分析与合成不外乎是微粒的分离与聚合。化学作用既不创生也不消灭物质。我们不妨把创造或毁灭一个氢微粒比作在太阳系里引入一个新的或摧毁一个久的行星。我们可以制造所有的变化，包括分离那些处于凝聚或组合状态的微粒，联结那些原本远离的微粒。
道尔顿肖像（Charles Turner，1834）
现在，轮到玻尔兹曼了，这个“笃信原子的人”（The man who trusted atoms），选择了“原子”，选择了把自己囚禁于黑暗，选择了背水一战。
你见过原子吗？
1895年9月，玻尔兹曼来到吕贝克（Lübeck），参加德国博物学家与医生协会第67届大会（Verhandlungen der Gesellschaft deutscher Naturforscher und ?rzte）——这里，潜伏着恩斯特·马赫的“代理人”，他的至交好友兼学术死敌，多才多艺的德裔俄国学者[7]，弗里德里希·威廉·奥斯特瓦尔德（Friedrich Wilhelm Ostwald，1853~1932）——他是现代物理化学的奠基人，与荷兰的范霍夫（Jacobus Henricus van't Hoff，1852~1911）、瑞典的阿伦尼乌斯（Svante August Arrhenius，1859~1927）并称风流。
奥斯特瓦尔德（1913）
这是一次扑朔迷离的会议，即使在当年亲历者的回忆中依然充满了矛盾与混乱。
作为物理化学家的奥斯特瓦尔德首先发难。在题为《克服科学中的物质主义》（Die berwindung des wissenschaftlichen Materialismus）的演讲中，他现身说法，鞭挞古老的原子论（atomism）。也许是向批判者与启蒙者马赫致敬，奥斯特瓦尔德首先将“剑”刺向了牛顿以来的机械自然观（mechanical view of nature）——宇宙是一台服从力学法则的机械，在抨击了割裂主体与客体的“牛顿宇宙”之后，他以饱满的激情向与会者隆重推出自己的替代产品——“能量学”（Energetik），它受启发于美国学者吉布斯（Josiah Willard Gibbs, Jr.，1839~1903）的“化学势”（chemical potential）与“自由能”（free energy）[8]，甚至可以追溯到莱布尼兹的“活力”（vis viva）：物质不过是能量的一种表现形式！
吉布斯（ca.1895）
他甚至期望以化学，尤其是物理化学，来统摄万学——所有现象不过是不同形式能量的转化。在三卷本自传《生命轨迹》（Lebenslinien: Eine Selbstbiographic）中，古典气质的奥斯特瓦尔德以极具天赋的文笔与小说家般的想象力，为后人描绘了“能量学”诞生的神圣时刻——我们看到了一场苏格拉底式的觉悟：
初夏之晨，1890。
我沐浴在和煦的阳光，
看彩蝶纷飞，听鸟儿鸣唱。
精神洋溢，
是生命活力的释放。
金色瞬间，
是闪现的灵光。
世界的秩序，
是能量，
统帅一切存在与现象
除了数学家克莱因（Felix Christian Klein，1849~1925），玻尔兹曼深知自己孤立无援：这是一场没有胜算的决斗——一对一的单挑变成了群起而攻之的绝境，混乱的记忆就诞生于力量悬殊的对抗。
玻尔兹曼，单枪匹马冲入了敌人的战阵。面对马赫旗帜下声势浩大的能量学军团，孤胆英雄发起了悲壮的反冲锋……而不远处的山岗上，物理军团开始集结。这是一支年轻的队伍，比如未来的巨擘普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck，1858~1947）、索末菲（Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld，1868~1951）……然而除了有限音量的摇旗呐喊，他们什么也做不了。很多年后，我们在这些当年的“旁观者”口中，听到的只是滤去了悲剧色彩的荣耀。
索末菲（1897）
该来的人始终是要来的——在几轮冲杀中伤痕累累的玻尔兹曼，依稀看到了奥斯特瓦尔德身后的那个人。
恩斯特·马赫慢悠悠地上场了，依旧带着他那把寒气逼人的“宝剑”——对他而言，“原子”仅仅是一种“辅助概念”（Hilfsbegriff）或“工作假设”（Arbeitshypothese）。
Haben Sie mal Atom gesehen？
你见过原子吗？
玻尔兹曼无奈地摇了摇头，但他并不甘心——
也许明天……
马赫的“剑”已经横在玻尔兹曼的咽喉——
明天？你连明天是否会出太阳都不知道！
熵
这是两位奥地利骑士的对决，前史可以追溯到18世纪下半叶以来又一场“英法百年战争”（Hundred Years' War[9]）……
1824年，拿破仑时期的名将[10]、数学家拉扎尔·卡诺伯爵（Lazare Carnot，1753~1823）的长子萨迪·卡诺（Nicolas Léonard Sadi Carnot，1796~1832）发表了《关于火之驱动能力的思考兼论提高相应机械的能力》（Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance）。面对工业革命以来蒸蒸日上的英国，年轻的法国军事工程师在这篇开创热力学的论文中写道：
L’étude de ces machines est du plus haut intérêt, leur importance est immense, leur emploi s’accro?t tous les jours. Elles paraissent destinées à produire une grande révolution dans le monde civilisé. ......Enlever aujourd’hui à l’Angleterre ses machines à vapeur, ce serait lui ter à la fois la houille et le fer; ce serait tarir toutes ses sources de richesses, ruiner tous ses moyens de prospérité ; ce serait anéantir cette puissance colossale. La destruction de sa marine, qu’elle regarde comme son plus ferme appui, lui serait peut-être moins funeste.
对这类机械的研究将带来最大的利益，它们的重要性不可估量，它们日益普遍的应用，注定在文明世界掀起一场伟大的革命……当今从英国夺走他们的蒸汽机，相当于夺走煤和铁；相当于切断他们的财源，摧毁他们繁荣的根基；相当于毁灭无可比拟的国力。比较起来，消灭他们倚为屏障的海军，或许还算不上致命。
萨迪·卡诺肖像（Louis-Léopold Boilly，1813）
杀气腾腾的萨迪·卡诺为了他的法兰西，殚精竭虑地思索蒸汽机这类热机的效率问题，借助拉瓦锡的“热质说”（caloric theory），考虑只在两个热源间经历等温和绝热过程的理想热机所能达到的最大效率，他发现：
La puissance motrice de la chaleur est indépendante des agens mis en uvre pour la réaliser; sa quantité est fixée uniquement par les températures des corps entre lesquels se fait en dernier résultat le transport du calorique.
热的驱动能力无关乎实现它所用的工作介质；其量值只由热质在其间传输的两个热源的温度决定。
遗憾的是，大革命以来持续动荡的法兰西没有来得及珍视他们英年早逝的天才。直到十余年后，萨迪·卡诺的“遗珠”才经由另一位法国矿业工程师克拉伯龙（Benot Paul mile Clapeyron，1799~1864）在《论热的驱动能力》（Mémoire sur la puissance motrice de la chaleur，1834）中的重构，得以幽暗复明， 渐渐发出光芒……然而，法兰西已经错失了机遇——上一次“百年战争”，实际获利的既不是英格兰，也不是法兰西，而是左右逢源的勃艮第公国（Duché de Bourgogne），这一次历史把机遇送给了统一进程中的德意志。
1865年，苏黎世联邦理工学院（ Eidgenssische Technische Hochschule Zürich）教授鲁道夫·尤里乌斯·艾曼努尔·克劳修斯（Rudolf Julius Emanuel Clausius，1822~1888）从克拉伯龙的文章中了解到卡诺的工作后，在《论机械观热理论的主方程各类适用形式的应用》（Ueber verschiedene für die Anwendung bequeme Formen der Hauptgleichungen der mechanischen W?rmetheorie）中为普遍的热力学系统正式定义一个不依赖于路径的态函数：
或许是为了纪念萨迪·卡诺，克劳修斯为这个新物理量选定的符号S正好就是Sadi的首字母。克劳修斯用S来表征能量“转化的内容”（Verwandlungsinhalt），根据希腊语τροπ（trope，“转化”），将之命名为Entropie——熵[11]。
克劳修斯（19世纪）
克劳修斯用熵重新表述了热力学第二定律（The second law of thermodynamics），它表明：一个同外界既没有物质交换也没有能量交换的孤立系统，它的熵永远不会减少，如果经历理想的可逆过程则熵不变，如果经历自然界自发的不可逆过程则熵增加——这再次指向了英国物理学家威廉·汤姆逊（William Thomson，1824~1907）关于宇宙一个可能终局的“预言”，他在《论太阳发热的寿命》（On the Age of the Sun’s Heat，1862）中写道：
The second great law of thermodynamics involves a certain principle of irreversible action in Nature. It is thus shown that, although mechanical energy is indestructible, there is a universal tendency to its dissipation, which produces gradual augmentation and diffusion of heat, cessation of motion, and exhaustion of potential energy through the material universe. The result would inevitably be a state of universal rest and death, if the universe were finite and left to obey existing laws.
热力学第二定律涉及自然界不可逆行为的一个必然原则。它表明，虽然机械能是不灭的，但存在一个普遍的耗散趋势，导致热量的逐步增强和扩散，运动的停止，以及物质宇宙势能的枯竭。如果宇宙是有限的并且服从现有的规律，结果将不可避免地成为一种普遍静止与死亡的状态。
当然，威廉·汤姆逊并不相信或者不愿意相信这样的终局，他“乐观”地表示：
But it is impossible to conceive a limit to the extent of matter in the universe; and therefore science points rather to an endless progress, through an endless space, of action involving the transformation of potential energy into palpable motion and thence into heat, than to a single finite mechanism, running down like a clock, and stopping for ever.
但是，为宇宙中的物质广延设定一个极限是不可能的；因此科学宁可揭示，在涉及势能向可感知运动再向热量转化的作用下，一个无限空间里的无限过程；而非指明，像逐渐停摆直至永远静止的时钟那样，一个单一有限的机制。
我们不知道，甚至不知道是否可以知道，宇宙的终局；我们只是知道，那永恒的静止、死一般的沉寂将应验在一个人身上……
本文摘自《德尔斐的囚徒：从苏格拉底到爱因斯坦》（科学出版社，2017年3月），经授权发表。
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