100年前，当时在卡尔斯鲁厄的多科性技术专科学校（即后来的高等工业学校和今天的综合大学）工作的亨利希 · 赫兹（Heinrich Hertz）宣告取得电磁波的发现。为了纪念赫兹的发现，我们来讨论导致赫兹发现电磁波的思想和这个发现对物理学的意义。

两种模式

1857年2月22日赫兹生于汉堡，比荷兰物理学家亨德里克 · 安图恩 · 洛仑兹（Hendrik Antoon Lorent'z）小四岁，比马克斯 · 普朗克（Max Planck）大一岁。洛仑兹和普朗克在历史上是被认为是伟大的经典物理学家，他们一方面通过他们的工作导致了划时代的“物理世界图像的变革”，然而另一方面，对于每一项原理上的革新，他们都持有极其谨慎的保留态度。当本世纪初，相对论和量子论迫使每一个对他的学科基础有兴趣的物理学家发表意见的时候，赫兹已经去世了。因此我们只能推测，他也像洛企兹和普朗克那样，对新物理学的成长贡献了自己的力量。或许在认识和承认新事物能力方面，他是先于洛仑兹和普朗克的，因为他是勇于大胆思索的。从托玛斯 · 斯 · 库恩（Tho-mas S. Kuhn）和他的《科学革命的结构》一书问世以来，我们大家都知道，在科学中不仅有革命，而且像库恩所说的那样，世界图像或者说“模式”有时会在革命似的推动下发生改变。赫兹虽然未能参加20世纪初的量子革命，他也是一个极重要的革新者，实行了另_项不小的革命转变。在此，要涉及到的是从力是无联系地作用于遥远的地方这样一种概念（像在牛顿引力定律中发现的它们的表现形式那样）转变到力的作用的传播需要时间这样一种新的见解。这个模式的转变经历了比较长的时间，因此“革命”一词的概念是不完全适合的。迈克尔 · 法拉第（Machael Faraday）在19世纪80年代和40年代已经建立起磁和电力场的概念，而詹姆斯 · 克利克 · 麦克斯韦（James Clerk Maxwell）则在1861-1862年间从数学上用场方程的形式来表述了这种思想。

赫兹在他的大学老师、伟大的柏林物理学家赫尔曼 · 冯 · 赫尔姆霍兹（Hermann Von Helmholtz）的激励下，积极从事新理论的研究并把它和旧的电动力学相比较。

如何评断一个物理理论呢？为此，人们来研究，看它描写真实的程度怎样？赫兹首先把这个问题放在一旁，而来检验它的逻辑和数学结构。他同时抨击旧理论的矛盾。如他确认的，这些矛盾能够消除。如果人们相应地改变旧理论以后，那么人们就来到了麦克斯韦方程。

赫兹后两代，著名理论物理学家沃尔夫冈 · 泡里（Wolfgang Pau Vi）在完全类似的方式下进行研究，有一次他曾在一封信中描写道：“在一个物理理论的评价上，它的逻辑和数学结构至少是如同它与经验的关系一样重要的；就我个人看来，前者更为重要”。

赫兹作了重要理论分析后两年，他幸运地成功一项为物理学家和理论科学家称之为至关重要的实验，这个实验将对新旧两种理论给出明确的鉴别。对技术极为重要的电磁波的发现，最终作出有利于新理论的决断，与此相应，赫兹已经看到在证实“一种被误解的远力（即‘超距作用’）的需要时间的传播中哲学的、同时在一定程度上极重要的实验的利益”。

因此，首先是赫兹的工作已经引起模式的转变，“超距力”从电动力学中消除了。从根本上说来，能有这样一种力吗？1889年赫兹说，“从许多力中，我们相信是哪一种，留给我们的仅仅一种，即引力。这个力也在欺骗我们吗？引力所遵从的定律，已经使得它也是可疑的”。

赫兹和柏林天文学家鲁道夫 · 莱曼 · 菲尔赫斯（Rudolf Lehmann-Filh6 s）进行了一次讨论，就是关于引力的时间传播和观察的可能性。然而，赫兹不相信，他认为不能“仓促了结对这个问题的根本了解”，事实上，仅仅二十五年后，即在公元1915年爱因斯坦已经用他的广义相对论提出了引力的场方程式，然而关于引力的时间传播的实验证据还是缺乏的。只有在今天，在赫兹和菲尔赫斯之间关于这个问题的讨论后一百年，人们才能认真地希望，能够在不久的将来证实所谓的引力波。

经典物理学家

为了得到赫兹世界图像的进一步结论，我们还必须来看看另外的论著。1889年在海德堡举行的德国自然科学家和医生的会议上赫兹所作的报告《光与电》中，他向我们显示，他像是一个真正的“经典物理学家”。在这里，如他经常引用的那样，他把光的波动理论称为“合人情的说法，确实可靠的事情”。

在报告中，赫兹把从事研究的物理学家比作大山中的漫游者，他努力攀登主峰，然而还不可靠知道，他是否会到达那里。对于从事研究的物理学家来说，顶峰就是“关于实质，关于充满空间的媒质即以太的特性，关于它的结构，它的静止或者运动，它的无限或者有限这样巨大的首要问题”：

“一再获得这样的印象，好像这个问题超过所有其余的问题，以太的知识不仅必须向我们揭露先前无重量的事物（即电、磁和光）的本质，而且必须揭示物质自身的本质，和它们最内部的特性，重量和惯性……今天的物理学离解决这个问题不远了，是否不是一切东西，是什么，是从以太产生的呢？这件事情是我们的科学即物理学最重要的目标。为了坚持我们的图像，它是物理学这座高山的最后的冰冻的顶峰”。

16年以后，公元1905年爱因斯坦用他的狭义相对论证实以太是一种纯粹想象之物。那时，见解变化得何等之快，在当时的斯图加特技术高等学校还有一段插曲，1909年物理研究所的新建筑落成了。作为唯一的装饰，在入口的左右两侧放置了两幅比喻性的图画：能量和以太乃宇宙的两种主要成分。在落成的庆贺会上，研究所的所长感到“以太”是“不再合时宜了”。几年以后，物理学家的看法已经根本改变了。他们恍然大悟：以太是一种幻想，实际上是完全不存在的。

物理学家也放弃了用以太进行的旨在从力学上说明一切现象的实验。

赫兹和实证主义

我们今天或许会感到惊奇，在关于物质的始原、电、磁和光的问题上，赫兹仅仅想到以太，却完全没有想到原子。在英国，当时人们对原子已经非常有趣了，然而在德国却不一样。对于德国研究人员来说，特别是对那些对基础科学有兴趣的人来说，认识论的信念起着很重要的作用，比实际的重大事实更加重要。在德国自然科学中对思想作风起决定作用的是当时的实证主义，它有两个强大的信徒：维也纳物理学家和哲学家埃尔恩斯特 · 马赫（Ernst Mach）和莱比锡物理化学家威廉姆 · 奥斯特瓦尔德（Wilhelm Ostwald）。实证主义的目的是要从科学中排除所有的形而上学，因为它们是迷惑人的，一个这样的虚构的检阅的例子就正好是当时视作最小的物质粒子的原子。

赫兹受实证主义的影响是特别深的，他处在好的学会中。这个认识论对爱因斯坦在1905年创立狭义相对论起了卓越的作用，对维纳尔 · 海森伯（Wenwr Heisenberg）在1925年提出量子力学也同样起了很好的作用。他们二人后来都离开了实证主义。对赫兹，发展是怎样进行的，我们就不知道了。

赫兹是怎样成为实证主义的呢？他在柏林作学生的时候，曾经听过决断的实证主义者古斯塔夫 · 基尔霍夫（Gustav Kirchhoff）的讲课，后来他还读过马赫的《发展中的力学》—书。

赫兹的实证主义清楚地显示在他的最后的著作——《力学原理》——中，这本书是他在去世前不久用尽一切辛劳才写成的。在这里，在消除牛顿力的概念方面赫兹比基尔霍夫走得更远。

赫兹写《力学原理》的用意何在呢？我们从写于1891年底的一封信中可以得知。赫兹这样写道，在通常的力学中，“我乐于整理一些东西并且进行概念的再整理，如此以便人们看得更清楚，定义是什么，经验事实是什么，例如在力、惯性等等的概念中。我相信，在这里巨大的简化是可能的，而且，例如机械力是什么，仅仅现在我才能在我比较满意的方式下加以解释”。

然而，他的想法是没有成果的。路德维格 · 玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）这样说过，“赫兹的力学虽然经常听到赞扬，但是我还没有看见过哪一个人在赫兹所指示的道路上继续往前走。”

与此不同的是，关于自然知识的本质的一篇文章，包含了赫兹的哲学信条，并作为他的《力学原理》—书的导言而发表。赫兹不仅是一位伟大的物理学家，而且也是一位伟大的作家。这篇导言写得特别好，此后各代物理学家已经征引他的话，赫兹用这段话描写了在科学中使用的方法或研究的程序：

“我们造成外界事物的内部表象或符号，而且是用这样的方式来造成的，图像的思想必须的顺序常常又是从所描述（反映）的客体的自然必要的顺序来形成的。因此，这种要求是完全可以实现的，一定的一致性在自然界与我们的精神之间是必定存在的。经验教导我们，这种要求是可以实现的，而且这样的一致性事实上是存在的”。

几行以后又讲道，而且在这里，我们可以清楚看到实证主义的基本观点：

“我们所谈论的图像是我们对于事物的观念；它们和事物有一个重要的一致，这种一致存在于所称的要求的实现之中，然而对于观念图像的目的，观念图像和事物有任何一种更进一步的一致。是不必要的。事实上，我们也不知道，而且也无法知道，我们对于事物的观念是否与那件事情完全一致，好像正好在那样一种基本关系中”。

这段话的意义在哪里呢？玻尔兹曼这样说，赫兹把物理学家带到这样的知觉，“没有任何关于某种客体的理论是与自然界真正一致的，多半是，每种理论只是现象的一种精神的图像，理论对现象的行为就像符号对关系那样”。

然而，在与物理理论交往中，由此就跟随着一种巨大的柔韧性。为了在20世纪头十年在困难的量子问题上前进，这种柔韧性是必要的。一个例子就是光的理论。光是由粒子构成的或者是与波的现象有关？18世纪人们相信粒子，19世纪相信波。然而，从1905年起，爱因斯坦能够按照所涉及的现象，有些时候把光视为波，另一些时候则理解为粒子辐射。按照所说的，显得好像赫兹已经具有适当的必需的知识，去有成效地参与量子理论的建立，而且在他死后九十五年我们一定还会悲叹，这位天才的物理学家在很年轻的年纪就离开了这个世界。1889年赫兹自然地相信光的波动性。然而，二十年后到1909年或1910年，如果赫兹还活着的话，他会如何评价呢？因为通过最新的发展建立起来的“理论状态”是有缺陷的，而且“对于每一个真正的物理学家”是不能容忍的。

技术上的应用

从伽利略时代起，物理学家已经把他们的科学列为两个任务：获得知识和把它应用于技术之中对于技术应用，赫兹情况又如何呢？

电磁波发现以后，如所征引的，赫兹已经看到在他所进行的旨在证实被误解的远力的时间传播的实验的“极重要的利益”。然而，对我们今天这些人来说，技术应用中“极重要的利益”自然是在无线电报和无线电技术中。对此，赫兹情况又如何？他完全不曾想到过他的发现在实际中的应用吗？

1889年，赫兹收到一个署名为“亨利希 · 哈伯（Heinrich Huber），电学家”的陌生人给他的一封借。信中说，慕尼黑工程师允许提出一个问题，“有礼貌请求回答”。“国内工程师”想要通过以太来传播振动并且在变压器或者电话中加以证实。如何详细想的，他没有说，因此，赫兹在他的回答中仅仅简短表达含糊的思想：“变压器或者电话的振动实在是太慢了。即使你取每秒一千次，这确实是一个高的振动数目，然而相应于它，在以太中的波长已是三百公里，因此所使用的镜子的焦距也必须有同样的量级。如果你能够建造具有洲际量级的凹面镜，那么你就能用它来很好从事所打算的实验，然而，实际上是不可能造成的，用通常的凹面镜你不会感到最微小的作用。”

后来，在无线电发射技术上应用了很高的载频和外差“调频”。这自然是赫兹不能预料到的。不管怎样，赫兹已经正确回答了慕尼黑工程师的问题。从这个建议的否定的评判，后来人们得出这样的结论：赫兹根本不相信他的波应用在技术上的可能性。然而，这当然是一个不能容许的结论。

—个伟大的科学发现总是（或者常常）要引起技术上的应用，专业学者是完全知道的。在德国自然科学家和医生会议上庆贺讲话中，人们称自然科学为“我们时代中世界圣母”，1869年赫尔姆霍兹这样说过，“因为它已经通过它的结果的实际应用而改变了现代人类的整个生活”。

同时代的人和国家于研究所持有的兴趣，可理解地集中在应用上，因此赫尔姆霍兹提醒说，在科学工作上只需向着纯的知识努力：通常，应用“在通向实验的机会时到来，那时，人们最少猜测；通常不引导它们去追逐一个目标”。

重大的例子是1820年奥斯特（Oersted）发现电流对磁针的偏转和1831年法拉第发现电磁感应。这两个效应作为革新的基点形成弱电流电子技术和电力技术的基础。然而，这两个效应是从完全不同的、关于电和磁的关系的纯科学问题的研究而被发现的。

由于自90年代以来，无线电报和无线电技术的发展，这时，赫兹电磁波的发现成了关于物理学基础研究的价值的第三个检阅的例子。

赫兹最后一个助手，菲利普 · 勒纳德（Philipp Lenard），于1905年获得诺贝尔物理学奖。他因此被著名的普鲁士文化部部长弗里德里克 · 西奥多 · 阿尔托夫（Friedrich Theodor Althoff）信任撰写物理基础研究对国家的价值的意见书。

勒纳德陈述道，巨大的技术革新不能来自实际工作，而只能来自科学。因此国家必须关心，“自然科学家的纯科学发现的贮存应该经常是可取得的，这等于新的、新奇的植物的种子和技术人员的丰收”：

“至今一个这样的贮存总是可取得的。然而，在贮存的加工中，技术上的进展越来越快。举例来说吧，这种滞后，在电磁感应的发现（1831年）和西门子发电机（1866年）之间是35年，而在电磁波的发现（1888年）和无线电报的兴起（1896年）之间仅只八年多。因此，技术的发展速度将在越来越高的程度上依赖于自然科学发展的速度。”

当时勒纳德被公认为是最著名的德国物理学家，他的意见书在凯萨 · 威廉大帝学院即今天的马克斯 · 普朗克研究院于1911年的创建上起了很重要的作用。

大家绅道，后来勒纳德通过他的《德国物理学》再次输出这观点，他藉助这本《德国物理学》想在科学中引入国家社会主义的思想体系。后来，这种思想体系也以极值得注意的方式铸印下赫兹的思想体系的图像。

电磁波的发现使赫兹深为感动，而《力学原理》的撰写则使他很为厌恶。到无线电报出现的时候，赫兹已经不在世了，因为他死于1894年L月1日。可惜他未能活到电讯工程和电力工程发展的初期。自60年代以来，化学工业已经以不断上升的数字雇用了年轻的有博士学位的化学家，自80年代以来，在工业上对物理学家的需求也发展了。

到此为止，物理课程的目的仅仅是培养当教师，从80年代以来，工业也为物理学家提供了职位。在卡尔斯鲁厄的赫兹的后继者奥托 · 莱曼（Otto Lehmann）报告说，在这里，在1884 ~ 1902年间，实验物理学听众的数目，从84人增加到505人，即在14年间增加了16倍。

最后，让我们总结一下：赫兹虽然未能活到看到他的伟大发现在工业上得到应用的时候，但是对他来说，原则上的可能性是完全知道的。然而，和许多同事看法一样，他个人的兴趣乃在于纯的知识。当他在1888年底和文化部长阿尔托夫在玻恩进行招聘协商时，他高兴地登记道，人们特别注意自己的活动的“科学方面”。如他所说，他感到了“综合大学和多科性技术专科学校的对照，这是令人愉快的”。

[Naturwissenschaften，1988年5期］