受到奥斯特瓦尔德支持和发展的电离理论,以定量的方法使以往彼此隔绝的物理学和化学研究一致起来。而且,以往通过观察和实验找到的规律性都能够从电离理论加以解释。奥斯特瓦尔德的《普通化学概论》(1889)及其英译本(1890)使这一崭新理论得到广泛传播,并为成千上万的学生提供了方便的教科书。
1891年,奥斯特瓦尔德立足于离子平衡原理,提出了酸碱指示剂理论,它现在还为一般分析化学教科书采用。接着,他在自己的《分析化学的科学基础》(1894)中,详细论述了以电离为基础的化学反应理论的整个领域,包括了该课题的第一流的科学观点。这是一部使分析化学教学发生革命的著作。
19世纪的最后10年,在奥斯特瓦尔德的实验室,对催化作用进行了系统的定量的研究。其实,早在1883年,他就研究过蔗糖和甲基醋酸盐被酸水解的速率。1890年,他报道了自催化现象,并把它定义为这样一个过程:“通过某些物质的存在,激发或加速这个过程,而这些物质却没有•显示出进入化合物中。”他在1894年的报告中,对催化概念作了新的表述:“催化是通过外部物质的存在加速缓慢进行的化学过程。”他把催化作用比之为润滑油对机器的作用和鞭子对懒马的作用。.他总结了许多实验结果,并根据热力学定律,提出了催化剂的另一个特点:在可逆反应中,催化剂仅能加速反应平衡的到达,而不能改变平衡常数。在这个时期,奥斯特瓦尔德还出版了《接触作用学说通史》(1898),考察了催化作用的来龙去脉,而对整个问题的更清楚的表述则是1901年的讲演《论催化作用》,它作为小册子于翌年出版。
奥斯特瓦尔德及其合作者关于这个课题的实验贡献是,处理了从过饱和溶液的结晶过程——单相反应和多相反应——和酶的影响。另外,也通过催化的活性测量了酸的强度,提出了照相接触过程。他还把催化知识用于两个大规模的工业化学项目:以加热的电丝束作催化剂,使氮气和氢气在高温下合成氨(1900),通过催化使氨氧化为硝酸,这个流程于1906年开始在工业中使用。正是鉴于“在催化作用与化学平衡和反应方面的工作,以及由氨制硝酸的方法”,奥斯特瓦尔德荣获了1909年的诺贝尔化学奖。
在莱比锡,奥斯特瓦尔德还要从事写作、编辑和学术组织事务,他的工作越来越紧张。他认为休息就是从一种脑力劳动转到另一种脑力劳动。暑假期间,他也到海滨去痛痛快快地玩一场,不过却是画几周画,借以清理他的思想。他像一个“写字台”一样,笔下生产出大量的智力产品。《实用物理化学测量手册》为人们提供了方便的实验工具书。《无机化学大纲》则使这个在某种程度上被忽视的学科更有趣味、更有逻辑性和合理性。《化学学校》把健全的化学思想引入年轻人的注意中心。《科学的发展》则是一本没有化学药剂的化学书,它是化学科学概念发展的历史概要。《电化学:它的历史和学说》是一本长达1100页的巨著,它充分显示了作者对电化学及其相关领域的科学文献具有完善的统摄能力,奥斯特瓦尔德认为这是他写的最好的一本书,部分原因是书中对所涉及到的先驱者的个人特点和当地风情作了生动的描写,然而它却是奥斯特瓦尔德唯一没有出第二版和没有被翻译的著作。他联合筹办《电化学杂志》,是主编组成员之一。他还创建了德国电化学学会,并任第一任主席。由他编辑并参与注释的《奥斯特瓦尔德精密科学的经典作家》丛书,是纪念碑式的宏伟事业,这套丛书由亥姆霍兹1847年的《论力的守恒》开始,到1938年已出243卷,到1977年达到256卷。它使自然科学上最重要的古典名著流传下来,对科学史研究具有不可估量的意义。奥斯特瓦尔德也是一位杰出的科学史家,他具有自觉的历史意识和强烈的历史感,他的许多论著都有详尽的历史材料和精辟的历史分析。乔治•萨顿(George Sarton)在1913年3月创办科学史杂志Isis时,奥斯特瓦尔德的名字就列在赞助委员会中。
当奥斯特瓦尔德1887年到莱比锡就任时,他的就职演说的题目是“能量及其转化”,这是他在1890年前后致力于能量学(Energetik或energetics)研究的一个信号。在多帕特,他就对热力学感兴趣,吉布斯方程中的大多数项表示不同形式的能量这一事实使他深受震动。后来,热力学在物理化学研究中的巨大威力也给他留下了极深的印象。逐渐地,他越来越相信,分子、原子和离子只是数学虚构,宇宙的根本构成要素是以各种形式存在的能量,自然规律就是支配能量流通和转化的规律。奥斯特瓦尔德本来是一个原子论者,他在《自传》生动地描述了他的突然顿悟:初夏一个阳光和熙的早晨,他在花丛飞蝶间漫步,倾听着小鸟的呜叫,他的整个身心充满了生命的活力,他永远不再怀疑能量的实在性是一切存在物和现象的实质。看来,这种经历是真正神秘的思想升华。有趣的是,马赫年轻时也有过类似的顿悟(突然感到“物自体”是多余的,而世界和自我是一个感觉复合体)。
1890年前后,奥斯特瓦尔德致力于发展他的能量学思想,并稳步地围绕能量重组他的思想和著作。在他看来,能量是唯一真实的实在,物质不是能量的负荷者,恰恰相反,它是能量的表现形式。他坚持认为,能量学原理与分子运动论相比,能为化学和科学提供一个更为坚实、更为明确的基础,分子假设只不过是一种方便的假设和智力技巧。他进而宣称,物质概念是多余的,现象能够用能量及其转化来满意地加以解释。物质只不过是在同一地点同时找到的能量的复合,实物之间的差别归结于它们特定的能量含量的差别。他由能量学出发而达到普遍的自然哲学,即科学哲学或“科学的科学”。因此,人们在哲学上往往把他的能量学称为“唯能论”(energetism)。奥斯特瓦尔德进而把它的能量学观念提高到世界观的高度,力图把自然科学、社会科学和人文科学囊括在能量一元论(energetic monism)的世界观内。对于奥斯特瓦尔德的能量学和唯能论,有人批评其概念框架过于简单,也有人认为它更接近现代物理学的观念;有人指出它是唯心主义的胡说,也有人强调它包含着未来社会的新思想的萌芽。
奥斯特瓦尔德反对原子论的态度与他厌恶机械论、坚信以能量为基础的科学纲领有关。1895年,他在德国吕贝克自然科学家会议上发表了“克服科学的唯物论”的讲演,这是他公开反对原子论的宣言,当即遭到玻耳兹曼、普朗克等人的激烈反对。到1906年,当分子实在性已有确凿的实验证据时,他又皈依了原子论,并在1909年《普通化学概论》第四版的序言中公开承认了自己反对原子论的错误。不过,这并未妨碍他对能量学和唯能论的孜孜不倦的追求。
进入20世纪,奥斯特瓦尔德的兴趣转移到哲学和其他更大范围的问题。1900年,他开始向400人讲哲学。1901年,他又创办了一个新杂志《自然哲学年鉴》,他本人亲自作编辑,继续全方位发展他的能量一元论观点。1902年,《自然哲学讲演录》出版了,他在这本题献给马赫的著作中系统地展示了能量学和唯能论的方案,并广泛涉及到其他科学哲学问题。1903年,他应邀到加州大学伯克利分校访问,发表了“生物学和邻近科学的关系”的讲演。1904年,他作为国际技术和科学会议的主要讲演者之一应邀赴美国的圣路易斯,他不是在化学组而是在科学方法论组以“论科学理论”为题发表了讲演。会后,他游览了尼亚加拉瀑布,异国秋叶之美给他留下了强烈的印象。他向他的美国学生表达了他想在美国画许多大幅风景画的计划,拟于某个冬天在纽约举办画展,并希望被人们拥立为美国风景的发现者。这个神奇的梦虽未实现,但它却显示了奥斯特瓦尔德鲜明的个性。
1904~1905年冬天,奥斯特瓦尔德请求免去他冬季学期的讲课,校方否决了他的请求。为了集中精力从事他感兴趣的工作,奥斯特瓦尔德果断地提交了辞职书。他的这一举动并非心血来潮,早在1894年,他就希望摆脱教学和象院长、系主任这样一类行政职务,一心一意从事研究和写作。他的朋友劝他重新考虑他的决定,萨克森教育部也要求他推迟辞职。恰在这时,他收到赴美讲学的邀请(1905~1906年冬季和春季),他答应他从教授职位退休前再完成1906年夏季学期的教学任务。在美国,他在哈佛大学、麻省理工学院、哥伦比亚大学讲授哲学和化学。由于他在哈佛作了反对基督教灵魂不灭教义的讲演,美国基督教会的报纸骂他是“恶魔之子”。他这次赴美之行是作为德、美两国第一个交换教授进行的,这是德皇十分感兴趣的一项新计划。第一个选择落在奥斯特瓦尔德身上,这是他受到赞许和尊敬的最高标志。
“能量”舍:自由的“长矛骑兵”
1906年夏天,53岁的奥斯特瓦尔德提前退休,回到萨克森一个名叫格罗斯博滕村附近的乡间宅第定居。在这里,他作为一名自由的“长矛骑兵”渡过了他一生的其余时光。
还是在1901年,他就买下了这所房子及其周围荒芜的花园和土地。暑假期间,他的子女常到此小住一段时间。正如他在1901年9月写给马赫的信中所说的,他把这所房舍命名为“能量”(Energie)。现在,它扩大了,成了他一家人的永久住宅,他把他丰富的藏书也搬到这里。定居后不久,他又扩建了房舍,附设了颜色研究实验室。随着岁月的流逝,他购买了越来越多的田地,他的宅第也变成一个大庄园。他有一大笔退休金,接二连三的文稿,也给他带来了丰厚的收入。
对于他这样一个具有活跃的气质,广泛的兴趣和显赫的名声的人来说,退休决不意味着平静安逸,他愈来愈多地被应邀作各种讲演,参加国内外有关发展和组织智力工作的活动。用他自己的话来说,他变成了“实践的理想主义者”。他确实也渴望把才干贡献给有益于人类的事业,把他的科学知识和哲学观点用于人类文明的进步。
他下功夫研究了天才人物的“心理图案”,写出了《伟大的人:关于天才的生物学研究》 (1909)。他把天才人物按精神气质分为两大类型:古典主义者和浪漫主义者。他根据智力反应速度系统地描述了支配他们一生的规律:前者是粘液质的、忧郁的人,反应速度低,后者是多血质的,急躁的人,反应速度高。他本人无疑属于后一类人。他继续编辑《自然哲学年鉴》,他把自己的自然哲学用来探讨各种问题——价值哲学、善行的本质等等。
奥斯特瓦尔德认为,从人道主义的立场来看,学者之间的相互理解是必不可少的。在题献给阿累尼乌斯的著作《一天的挑战》(1910)中,这位国际科学大家庭中地位最高的人之一把他的能量学观点与科学方法论和系统论、心理学、科学天才、文化问题、公共科学教育和国际语入门联系起来。在哈佛,他就研究过世界语,他相信灵活的人工语言的价值和实用的可能性。他欢迎有机会参加在巴黎召开的国际会议,这导致他创造了自己的人工语言——伊多语(1do),这是一种经过革新和改进而大大简化了的一种世界语。
奥斯特瓦尔德具有改革的癖好。与康德的“绝对命令”类似,他在《能量命令》(1912)中提出:“不要浪费能量,而要利用能量”。它意味着,不要使能量衰变或降低到有用性较低的水平,相反地,要力图通过使能量转变到较高的(比较有用的)形式而利用能量。奥斯特瓦尔德通过对热力学第二定律(熵增大原理)的沉思导致了这一命令,它是一个预言性的、催促人们采取国际主义与和平主义以及系统规划保护自然能源的宣言。他在其中还提出了一系列建议:化学家的国际组织、世界通用语、国际货币、印刷页的合适尺寸、普遍裁军、标志的设立、学校的改善、新型大学、德语书写、天才的发展、妇女的地位和新历法等。不管这些改革是否能顺利实施和贯彻到底,它们总是富有启发意义的,这显示了一个敏锐的大脑和慈善的心肠在思考、关心人类社会的未来。
《价值的哲学》(1913)以同样的风格大范围地讨论了热力学第二定律、它的历史、应用和预见性的评论。这样的思想也反映在他几年前出版的《能量》(1908)中,这简直可以说是一首关于能量的“叙事诗”。他还出版了一本《纪念和装饰粉画》(1912)的书,描述了粉画的修饰问题,如何在露天不受燃煤的硫化物的腐蚀。
奥斯特瓦尔德极力把他已形成的科学观念用于他感兴趣的领域。在许多著作中,他都给出了幸福的数学公式,其中之一是G=k(A-W)(A+W)。在这里,G表示幸福,A表示在完成工作(做功)中花费的有用的精力(能量),W表示在克服障碍(阻力)中所耗费的精力(能量), k是能量过程转化为心理过程的因子。这是奥斯特瓦尔德用他的唯能论哲学解决感情的客观分析的真诚尝试。许多哲学家和心理学家可能会对此付之一笑,但是在科学的“大众世界”中,它是否包含着机智和忠告的颗粒呢?
奥斯特瓦尔德积极了解社会并为社会服务。他是国际原子量委员会的会员和国际化学联合会的共同创立者和临时主席。他多年来一直担任德国化学学会董事会董事。他也对化学家的训练极为关心,并且是中等教育改革的热情保护人和支持者。当时,德国企业家不满意大学训练出的化学人才知识过于专门,意见被递交到国家考试机构。奥斯特瓦尔德预见到官僚主义控制进一步扩展的危险性,在他的领导和组织下,成立了民间的“大学化学实验室主任联席会”和众所周知的“考试联合会”,高效率地开展了有关工作。
在德国著名生物学家海克尔(Ernst Haeckel,1834~1919)的请求下,奥斯特瓦尔德于1910~1914年出任“一元论者同盟”主席,因为他的哲学体系也是真正的一元论哲学,这与该组织基于科学传播一元论世界观的宗旨不谋而合。在1911年于汉堡召开的第一届国际一元论者会议上,他以“科学”为题发表了讲演,他说科学是一个具有自组织功能的巨大系统,对人类精神发展有不可估量的作用,而宗教看来要走下坡路。他1913年还在维也纳作了“一元论是文明的目标”的讲演,他撰写了《一元论者礼拜日说教》,并编辑了一元论者同盟机关刊物《一元论的世纪》,坚决斥责教会伪造科学的企图,宣传无神论思想。这些出版物越出了国界,赢得了广大的读者,为此沙俄政府在1912年下令把它们列为禁书。不幸的是,他在建立一元论者移民区的尝试中失败了,损失了他相当大一笔积蓄。他在创办“桥梁”事业中也赔了本,这项事业的目标是为智力工作和文化工作的组织和结合创造一种中枢神经系统。
1913年,奥斯特瓦尔德越出了一元论者同盟的范围,积极推动退出教会运动。他在一元论者同盟内组织起“退出教会者委员会”,并与其他反教会组织联合行动,不仅就退出教会的法律问题,而且就集体退出和与教会势力进行斗争的政治目标制定了行动方案。他大声疾呼:“现在,教会不仅不是世纪的文化的责任承担者,而且是对文化的压抑。”“退出教会邑20世纪文化的第一步,是顺理成章的一步。”正是这个行动,促成了他和德国社会民主党人的直接联系。他与社会民主党国会议员佩乌兹(Heinrich Peus)过从甚密,与李卜克内西一起参加群众游行和集会。奥斯特瓦尔德说他参加了一个“在政治上左到了极点”的运动,为此反动分子给他送了“红色秘密谋士”的绰号。
奥斯特瓦尔德积极参与国际和平运动的会议(1909~1911),谴责战争是“滥用最坏一类能量”。他鼓吹和平主义,抨击反犹太主义。但是在第一次世界大战(1914~1918)爆发后,由于他不懂得战争的帝国主义性质,他的狭隘的“德国魂”膨胀为明显的民族沙文主义。1914年10月,德国科学界和文化界在军国主义分子操纵下,发表了一个为德国侵略暴行辩护的“文明世界宣言”,包括奥斯特瓦尔德在内的93位知名人土在上面签了名。战争的进展和结局教育了奥斯特瓦尔德,他放弃了自己的错误立场,并在反对把人类推向战争边缘的运动中采取了一些实际步骤。
战争使奥斯特瓦尔德苦心经管的一元论者同盟以及其他事业土崩瓦解了,也使他不少善良的愿望和真诚的梦想破灭了,但是战争并未使奥斯特瓦尔德的大脑停止创造性的活动。作为一位技艺娴熟的风景画家,正如我们在《画家信函》中看到的,这导致他决心研究绘画艺术乃至美学的客观科学基础。他从事颜色学的研究无疑有三个原因:创造出明晰的概念和新颖的理论,成功地重返他擅长的实验工作,满足他的艺术天性。他的目标是,使任何一个人在世界任何地方都能复制出任何确定的、所需要的物体颜色,倘若他知道度量的规则和选择的标准的话。从此,成功地探寻物理、化学世界和谐的活跃的精神,又在美的王国里漫游。在战争的年代里,取暖的燃料日益匮乏。年迈的奥斯特瓦尔德把热水袋捆扎在双脚上,坚持在寒气袭人的实验室工作(这无疑是贤惠的妻子想出的好办法,它还真具有奥斯特瓦尔德的实验天才的味道)。对于这样一个沉浸在科学和艺术王国里的研究者来说,严寒和种种不便又算得了什么呢!
奥斯特瓦尔德从颜色标准化开始,对颜色进行了系统的研究,提出了定量的颜色理论,并在他的实验室生产了颜色试样和染色物质。他把白-灰-黑连续包括在非彩色中,接着确定纯灰色,并借助他自己制造的象场分割取景器的光度计确定灰色标度。他引入了纯色、非纯色和全纯色的新概念,并针对包括所有可见光谱波长之半的混合比引入术语“半色”。为了度量物体的颜色,他使用了等色调三角和色调环。为了确定色调,他制造了偏振混色器。于是,“颜色的世界就从属于测量和数目的控制之下”。为了达到色环和着色体的标准化,奥斯特瓦尔德发表了《色图集》(1917)和《色标图集》(1920)。
他进而由颜色的标准转向颜色的和谐。因为他按人的感受特征选择他的颜色标度,即色标尺是按对数分等级的,所以他能象在音乐中那样构造和声(和谐)。他在《颜色的和谐》 (1918)、《论颜色》(1921—1926)和《形式的和谐》(1922)中提出了自己的观点。他认为美是和谐的关系,而和谐关系则是根本规律的具体体现。他从德国生理学家韦伯(E.H.Weber)和心理物理学创始人费希纳(C.H.Fechner)的工作中获得了灵感,并通过作形式和颜色的实验使他深信,的确存在着和谐的规律,即规律之美。奥斯特瓦尔德希望自己的颜色学研究能获得诺贝尔物理学奖,有人认为这种想法是绝对有道理的。
奥斯特瓦尔德晚年对科学史的兴趣更浓厚了,他在一生的最后几年写出了《奥斯特瓦尔德自传》。这部分三卷、洋洋1200页的书是一部伟大的文化史。在书中,他以敏锐的眼力、温暖的心扉、明快的格调,展示了跨越一个世纪的西方文明国家的精神史,描绘了他所在时期的世界第一流的科学家、思想家、政治家的言论和风貌。他认为科学史能使人们向前辈学习更经济地,系统地解决现存的问题。他正确地觉察到,实现这一目标的最恰当的途径是通过科学的组织工作。他强调:“有组织的活动,这是20世纪的重大任务。”“在当前的环境中,我们必须把组织者看得比发现者更重要。”他幻想一个有组织的、由科学引导的人的世界:科学的明确阐述和精密研究将消除偏见和迷信的邪恶。在向新发现和新观念的各种领域迈进中,奥斯特瓦尔德也许感到,他的生涯与他心目中的英雄歌德的生涯具有某种类似性。他后来的工作内容和风格,都是由他在少年时代对内心世界和外部世界的经验和感受决定的,而歌德的诗的形式和内容,也是在年轻时就萌动的。难怪奥斯特瓦尔德在弥留之际写下了他的最后一部著作——《歌德•先知》(1932)。
1932年4月4日一个星光闪烁的春夜,威廉•奥斯特瓦尔德在莱比锡城平静地、安详地去世了,终年79岁。一个活跃的大脑停止了思维,一颗天才的巨星陨落了!他生前留下遗嘱,把全部房地产捐赠给德国科学院。后来,他的乡间宅第便以“格罗斯博滕威廉•奥斯特瓦尔德档案馆”闻名于世。
在1933年1月27日的纪念讲演中,唐南(F.C.Donnan)对奥斯特瓦尔德作了这样的评价:“在他的一生中,新思想没有一刻不在他的头脑里喷涌,他的流利的笔锋没有一刻不在把他洞见到的真理传播到光亮未及之处。他的一生是丰富的、充实的、成功的,他尽可能最大限度地使用了他的旺盛的energy(精力、能量)。在科学上,在哲学上,谁也无法获得绝对真理,因为思维、研究和发现的巨流永不休止地奔腾着。我们可以怀着深深的真诚和敬意说,威廉•奥斯特瓦尔德为伟大的事业进行了持久的,勇敢的奋斗。”班克罗夫特(W.D.Bancroft)作为奥斯特瓦尔德的一位最喜欢挑剔的美国学生,尽管不同意他的导师的一些观点,但仍然在1933年坦率地写道:“他是一个伟大的人,他做出了伟大的工作,其他人不会做出像他那样的工作的。奥斯特瓦尔德确实是一位名副其实的人。他比当代任何化学家都受到更多人的爱戴和尊重。”
奥斯特瓦尔德也受到有的人的严厉批判和指责。列宁在《唯物主义和经验批判主义》(1909)中虽然承认奥斯特瓦尔德是“伟大的化学家”,但又认为他是“渺小的哲学家”,并给他扣上了“反动的哲学教授”,“神学家手下的有学问的帮办”的帽子,甚至小骂他是“糊涂虫”。在纵观奥斯特瓦尔德一生的所思、所言、所做、所为之后,大概每一位有自主意识和独立思考能力的读者都会做出自己认为公正的判断。
主要参考文献
[1] W.Ostwald著:《ォストヮルデ自伝》,都築洋次郎訳,東京図書株式会社,1979年第2刷。
[2] 本多修郎:《现代物理学者の生と哲学》,未來社,1981年。
[3] E.N.Hiebert, Ostwald, Friedrich Wilhelm, 参见C. C. Gillispie ed., Dictionary of Scientific Biography.
[4] W.D.Bancroft, Wilhelm Ostwald: The Great Protagonist, Journal of Chemical Education, 10(1933), pp. 539~542, 609~613.
[5] P. C. Donnan, Ostwald Memorical Lecture, Journal of the Chemical Society, 1933, pp. 316~332.