百年經典：物理學家的至高目標

翻譯 | 王丹紅

審譯 | 王鴻飛

責編 | 陳曉雪

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王丹紅在LIGO 中央總控室，科學家示範引力波動

譯者的話

2016年2月11日，激光干涉引力波天文台（LIGO）執行主任、加州理工學院教授大衛·瑞茲（Dave Reitze）向世界宣布：科學家們第一次直接探測到引力波的存在！

這是科學史上一個偉大的里程碑。

頃刻間，華盛頓發布的引力波新聞席捲世界，《紐約時報》、《華盛頓郵報》、《科學》雜誌、中國新華社等各大媒體同步報道。而我，一個曾經做過12年科學報道的記者，距離這場新聞颶風的中心近在咫尺：從我家到華盛頓州漢福德LIGO天文台不到15英里，20分鐘車程。六年前，我和當時上小學二年級的女兒曾經參觀過漢福德的LIGO裝置及控制中心。

2016年3月14日，愛因斯坦137周歲誕辰日。為慶祝LIGO的發現、愛因斯坦生日和廣義相對論100周年，3月12日，華盛頓州漢福德的LIGO和當地社區共同組織慶祝活動，一千多位本地居民參觀了LIGO。

站在中央控制室聆聽科學們的演講演示，走在沙漠曠野中兩個互相垂直、臂長達4000米的激光干涉探測器旁，我陷入沉思：1916年，愛因斯坦預言了遙遠宇宙深處的黑洞融合所發射出的引力波，2015年9月，現代科學探測器直接收到了源於這次黑洞併合的引力波！那麼，愛因斯坦偉大的思想究竟從何而來？科學家們為何用等了100年的時間才證實這個預言？

我在美國《科學》雜誌上讀到兩篇經典科學文獻。

一篇是美國科學物理學會第一任會長、約翰霍普金斯大學物理教授亨利·奧古斯特·羅蘭（Henry Augustus Rowland，1848-1901）於1899年10月28日在紐約所作的會長演講——《物理學家的至高追求》（The Highest Aim of the Physicist）！（點擊文末「閱讀原文」可查看羅蘭演講英文原文）羅蘭在演講中介紹了19世紀物理學的偉大成就以及當時最前沿和最深刻的問題，這正是現代量子力學和相對論的前夜，愛因斯坦的偉大發現正是站在19世紀偉大的科學家們的肩上。

另外一篇是美國電氣工程師協會主席、電氣工程師約翰·約瑟夫·卡悌（John Joseph Carty, 1861-1932）1916年9月8日在第33屆協會年會上所作的演講——《純科學與工業研究的關係》（The Relation of Pure Science to Industrial Research）。讀完這篇文章，我開始明白，在直接證明愛因斯坦預言的過程中，物理學家為何花了整整100年的時間發明新儀器新工具新方法。

科學事業的進步從來都是建立在人類偉大心靈的思想、品格和勇氣之上，他們承前啟後，拓展人類知識的疆界！今年4月16日，是亨利·羅蘭逝世115年，今年也是約翰·卡悌的經典演講發表100周年（知識分子將於近期推出該演講譯文），將兩篇經典演講翻譯為中文，既為了感懷這些偉大的科學家的精神、遠見卓識和成就，也期望為今天中國科學和社會發展的努力提供借鑒！

——王丹紅

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亨利·奧古斯特·羅蘭（ Henry Augustus Rowland，November 27, 1848 – April 16, 1901)

美國物理學會會長亨利·羅蘭演講全文

物理學家的至高目標

The Highest Aim of the Physicist

先生們、美國物理學界的同仁們：

今天，我們這裡聚會，標誌著美國物理學歷史上一個新時代的來臨；未來會告訴人們，它也將成為科學發展歷史上的一個紀元，我們組織物理學會的目標正是為了促進和培育科學的發展！今天，我們為了所有科學之上的科學（指物理學）在這裡相聚。這門科學涉及到宇宙的基礎，組成宇宙中所有事物的物質，以及在以太空間中組成宇宙的各個部分的物質之間的相互作用，儘管這些物質可能相距甚遠，以至於無論科學未來如何發展，我們也許永遠都無法穿越這樣的距離。

致力於將生命奉獻於解答與物理學相關的問題的我們今天相聚，是為了互相幫助並共同推進我們所熱愛的學科的發展。這一學科強烈地吸引著我們人類優秀的頭腦，物理學的科學問題將窮盡人類智力的極限並揭示出人類所能達到的最為莊嚴和高貴的思想。

今天，在這個人生而平等被曲解為人類在其它方面也平等的國家，我們組成了一個不大而獨特的團體，正如一位偉大的科學家所言，我們是一個新的人類群體（new variety of the human race）。這一群體對什麼構成人類生命最偉大成就的看法，與我們周圍的其他人們大為不同。在這個意義上，我們組成了一個新型的貴族階層，它既不是基於財富，也不是基於血統，而是基於知識和理想。它對那些為人類知識做出最多貢獻增加的人，或者那些將為人類增加知識作為至善而儘力追求的人，致以最崇高的敬意。

因此，我們相聚在一起，是為了在精神上相互支持，交流知識。這樣做的時候，讓我們盡量懷著感激之心看待對我們自身甚至對科學可能帶來的益處。最重要的是，讓我們認識到，我們的追求是高貴的，這一感覺足以支撐我們在這個世界生存。儘管這個世界並不欣賞研究極其純粹和優雅的物理——這正是成立本學會要做的，而極為讚賞將純粹物理用於滿足物質上的需求而不是人類知識上的需求的行為。在一個原本長草的地方種出更多的草，他是人類的恩人；但是那些在默默無聞艱苦探索找出種出更多草生長規律的人才是擁有智慧的最高者，是這二者中更偉大的恩人。

從這個意義上講，我們國家處於什麼樣的位置呢？我今天的答案和十五年前仍然一樣：這個國家的大量智力仍然被浪費在追求僅為滿足我們的物質需求的實用科學（Practical Science）上，而很少有精力和金錢被用在吸引我們的智力的莊嚴的事業上。不過，今天你們在這裡也證明，這種狀況不會永遠持續下去。

即使在過去，我們也仍然有一些科學家在世界範圍內得到人們的讚譽。弗蘭克林，通過幾個簡單但影響深遠的實驗，幾乎革命性地改變了電學；倫福特伯爵，他的實驗幾乎揭示了熱的本質；亨利，如果他發表了更多完整的研究結果，會對物理學的發展做出更大的貢獻；邁爾，他的簡單而天才的實驗是快樂之源，許多人受益於此。這個名單上的是我所能提及的那些業已過世的、曾經為科學的發展做出某些貢獻的（美國）科學家。這份名單記錄了超過百年的成就。如果記錄的是做出過有用或有益的（美國）發明的人，這份名單將大為不同！

但我知道，當我注視前人的面孔時，我看見的是熱切地追求智慧和崇高目標的面容和充滿青春活力和力量的軀體，因此書寫百年歷史的作者不能因此而責備我們的國家。我們也不能責備前人。科學的每一個進步都向我們展示了它成長的環境。如果被隔離在半開化的土地上，很少有人會有慾望或機會追求更高深的科學。即使他們有能力這樣做，他們在科學上的影響力也取決於他們所發表了是什麼，什麼為世界所知。

可以想像，一個隱居的哲學家也許會做出許多有用的發現。但如果他只是自己保存這些發現，他就絕不可能聲稱對世界有過任何貢獻。他未發表的成果只是他個人的收穫，除非他用有力的語言引起人們對這些結果的關注，並讓世界相信它們的真實性。

因此，為了促進科學的進步，我們能做的最好事情就是為了科學的利益相聚在一起，討論問題、評判彼此的工作，最好是提供方法，將工作中的最優秀部分介紹給世界。更進一步，讓我們鼓勵區別對待我們的思考和工作。讓我們銘記偉大思想被引進我們學科的年代，讓我們讚美那些引進這些思維並證明其正確性的偉人！永遠不要將接受愚蠢觀念當作人類平等，小心謹慎地給予更偉大的人們更大的認可。所以，在選擇將從事的研究學科時，讓我們儘可能從事那些最終能夠帶來更先進知識的重要領域。我深知，我們並不總是能做到這樣；我們的想法常常會流向旁門左道；但是，在有關宇宙的偉大問題的面前，我們有時應該也可以朝著這偉大的目標盡自己所能。

什麼是物質？什麼是引力？什麼是以太（ether）和穿越其間的輻射？什麼是電和磁？這些東西怎麼聯繫在一起、它們與熱的關係是什麼？這是宇宙中更為重要的問題。但是，在我們能夠推測這些問題的解決方案之前，還有無數多的小問題需要我們攻克！

在我們面對這些大問題時，我們的態度是什麼？我們的知識基礎是什麼？

牛頓和他之後的一大批天文學家們業已證明：在行星距離尺度上，物質之間相互吸引的力與它們距離的平方成反比。但是，關於這一定律我們有什麼證據呢？這些證據源於天文學家們對行星軌道的觀測。這一定律在浩緲太空的尺度上（與觀測數據）很好地吻合，但是，這一定律對更小的距離也適用，其證據在哪裡呢？我們測量月球與地球的距離、地球的大小，並將月地之間的引力與地球表面的重力進行了比較。但是，為了這樣做，我們還必須先比較地球與太陽的物質。實現這一點，我們只能假設引力定律已被證明。而且，正如在卡文迪許扭秤實驗（Cavendish experiment）展示的，從地球引力到兩個小物體的重力，我們假設引力定律成立，並以此推斷出按照我們的質量單位，地球的質量是多少。這樣，當我們說，地球的質量是相同體積水的質量的5.5倍時，我們假定重力定律就是牛頓的引力定律。因此，行星距離尺度的定律在地面尺度上得到證明在物理上是不可能的。

再者，定律中關於質量的部分說一個物體受另外一個物體的吸引只和這兩者的質量有關，換句話說，不受第三個物體的影響。但是，我們之前給出的在天平的不同位置測量物體的重量，為此給出的脆弱證明，在更大的尺度上是行不通的。當我們將太陽一撕兩半，並且證明每一半的引力是整體的一半，也許才會有一個值得一提的證明。

對引力和時間的關係，我們又知道些什麼呢？我們能否在靈光乍現時假設空間中高速運行的兩個物質間的引力保持不變？我認為不能。我們也不能接受拉普拉斯的證明認為引力在穿越太空之時瞬時發生作用，因為我們可以輕而易舉地想像一些拉普拉斯未曾料到的（空間）補償特性。

在兩百年多年的觀察中，我們那時對這一定律的認識是多麼的少啊！

對物質本身，我們的認識發生了怎樣的變化，這些認識又是如何一直在變化。牛頓時代認為只有上帝才能將其擊碎的圓圓的堅硬的原子，變成由眾多原子組成的分子，原子很靈活，如此一來，即使在振動十萬次後其振幅也鮮有任何減弱。原子變得很複雜，它們振動時能引起數千種音符的變化。原子會時不常地帶電，與這樣的系統相比，行星系統甚至整個宇宙系統也會顯得過於簡單。不僅如此，我們中的一些人甚至聲稱，牛頓認為只有上帝才具有的能力，將原子擊成更小的碎片的能力只是幻想。現在，那些無知地嘲笑物質研究是對材料的粗糙研究的人在哪裡呢？那些有上帝一樣的天賦和高貴的思想、號稱能夠攻克和解決這些問題的人又在哪裡呢？

所有物質具有兩種性質：引力和慣性。沒有這兩種特性，物質將不復存在。最偉大的自然法則說：引力與物質質量成正比。毫無疑問，這個幾乎被物理學家們所忽略的牛頓定律無疑具有最為重要和最深遠的意義。這是否意味著所有物質最終都是由均勻和相似的 「太初原子」（primordial atoms）構成？或者，我們能找到其它解釋么？

從結晶學中以及物質作用於光的偏振面的旋轉的事實，我們知道構成物質的分子不是圓形的。

從電解現象，氣體在真空管中的行為，以及塞曼效應（Zeeman effect），我們知道組成物質的分子甚至原子的是部分帶電的。

從鐵、鎳和鈷的磁性作用中，我們知道有一些物質像小磁鐵。

光譜顯示，物質具有彈性；塞曼效應表明，物質的振動部分攜帶有電荷。

因此，在這裡，我們的問題已經開始，但是距離完整的答案到底還有多遠？僅僅從聚集的原子出發，我們怎樣才能想像由普通的或者「太初原子」所構成的材料？對於這些永遠在我們的視線之外，幾乎無時無刻都在振動、在絕對零度之上所有溫度範圍以無休止的能量忽此忽彼運動的原子分子，目前我們已經有如此的了解，這不能不說是理性和想像力的壯舉。這當然是人類理性和想像的一個壯舉！在這些結果的鼓勵下，我們切勿沉思徘徊，要向著未來的新發現不斷向前推進。

至於電，琥珀中飄忽不定的精靈，那個伸出貪婪的手臂將可觸及的輕的物體抓獲的妖怪，那個能夠輕而易舉地在金屬中奔跑卻會被脆弱的一片玻璃輕易阻擋的流體！它到哪裡去了？消失了，被扔進了被拋棄的理論的垃圾堆，取而代之的是更為高貴的和崇高的關於以太空間作用的理論。

這樣我們又開始思考另一個偉大實體——以太：它無限填充了所有空間，我們想像相距遙遠的兩部分物質間只能通以太才會產生相互作用。我們想像通過以太宇宙中的每個原子通過引力、磁力和電子作用與其它原子相結合而且我們猜想，以太將每個原子或分子間的振動運動傳遞到空間，然後消失在無盡的輻射中，傳遞進浩瀚蒼穹或是被恰好途中碰到的其它原子吸收。通過以太傳遞摩檫過的琥珀之間的微弱吸引的所有電磁能量，來自尼亞加拉的電線的數千馬力電能，以及一直從太陽的輻射洪流中流來的巨大能量。從分子距離上的微弱作行星作用，到行星間和星際間，直至連接整個宇宙的巨大距離上的強大作用，都存在於這個奇妙的以太之中。

然而，無論以太多麼奇妙，它遵從的法則卻遠比複雜的物質簡單。以太中的所有波，無論其長度和強度如何，都會以熟知的規律以同樣的速度傳播，從這些波在帶電物質中的源到宇宙所包含的整個範圍中都不會改變，其能量也不會減少，除非被所存在的物質所擾動。這些波如何彼此穿過，都不會在傳播過程中相互干擾。

因此，關於引力，我們並沒有任何證據表明第三個物體的存在會影響兩個物體之間的相互吸引，或者第三個電量的存在會影響另外兩個電量之間的相互吸引。磁相互作用也如此。

因為這些原因，當我們把條件限定為真空，引力、電磁作用包括輻射在內的法則是自然界中最簡單的法則。但這些作用在含有物質的空間中會變得越來越複雜。

將以太置於巨大的靜電力、磁力或引力下，我們發現以太絕對沒有被破壞或者發生性質的改變。讓以太在太陽一樣的炙熱的物體的作用下振動，讓它在每平方英尺的表面傳導幾千馬力的能量，它也靜靜地遵從同樣不變的法則，就像是在傳遞動物油脂做成的蠟燭微弱能量一樣。

對一毫米的以太加上幾千甚至上百萬伏的電壓，我們也看不到對以太產生任何破壞。

因此，以太的特性是絕對的簡單，並且導致最簡單的自然規律。所有在一定距離上的作用力，總是遵從與距離的平方成反比的規律，而且任何數量的物體與附近物體的吸引力等同於這些物體被分開時的吸引力的算術疊加。前文提及的關於以太波的簡單定律也同樣簡單。

到目前為止，通過麥克斯韋（Maxwell ）的辛勤工作，以及赫茲（Hertz）和其他人工作的補充下，我們得出一個普遍規律，即以太中的所有波擾動本質上都是電磁的。我們知道以太的擾動很少或者不會只通過單純的物質運動來建立：這個物質必須帶電，從而保證它能在以太中與以太傳遞物質的運動。塞曼效應甚至顯示：就分子而言在振動周期巨大時的情況也是如此，電流的磁性作用實驗也顯示了同樣的結果。將一個運動中的圓盤充電，圓盤就像會緊緊抓住以太並且拖動以太隨其運動一樣，從而產生我們所知道的所謂磁力的特定的以太運動。

當一個像地球般巨大的重量質量繞著自己的軸心線旋轉時，我們不是看到了另一個類似的自然現象嗎？難道不是物質的弱作用將以太抓住從而足以產生地球的磁場嗎？

然而，洛奇（Lodge）的以太牽引實驗探測顯示，這種作用必然非常微弱。如果他在實驗中採用了旋轉的帶電圓盤，他的實驗也許不就成功了嗎？

長久以來，物理學家們的一個偉大願望是探測依賴於以太和物質相對運動的某種現象。但我們總是發現，除了一個可能的例外，總會有一些補償特徵導致我們的努力無用。這個實驗就是所謂光行差實驗，但即使在這裡斯托克斯（Stocks）的研究也表明也：對這種現象有兩種可能的解釋：第一，地球穿越以太運動但並不擾動以太；第二，即使地球牽引以太運動，以太也絕不會轉動。然而，即使在這裡，作用量的大小可能取決於光源相對於接收望遠鏡的相對運動。

因此多普勒原理依賴於這一相對運動，並且獨立於以太。

傅科（Foucault）關於光線通過流動的實驗結果，也不能解釋為以太跟隨流水的部分移動。這是一個源自不完美理論的推論。洛奇（Lodge）的實驗試圖通過一個飛速旋轉的圓盤來引發以太運動，也沒有得到任何以太運動的結果。

邁克爾遜（Albert Abraham Michelson，1852-1931，美國物理學家，1907年成為美國第一位諾貝爾物理學獎獲得者）實驗是為了探測以太風，儘管其測量已經做到極度的準確，但這個實驗仍沒有探測到任何物質和以太的相對運動。

但是，攜帶電荷的物質會緊緊地抓住以太以磁力作用的方式隨之運動。

帶電體在太空中共同運行或互相參照時，我們只能通過非常緩慢且勻速度來跟蹤它們的相互作用。當它們的運動速度可與光速相比較，等同於光速或者超越光速時，沒有實驗的指引，我們只能通過我們的想像力來計算它們間的相互作用或帶電體對以太的作用。湯姆森（J. J. Thomson）、赫維賽德（Oliver Heaviside，1850-1925， 英國物理學家、電氣工程師）、赫茲的結論都是想像力的結果，他們或多或少都是依靠理性假設，但終歸是假設。數學研究總是遵循知識的守恆定律：我們得出的結論永遠不會超出引入的前提條件。知識可能會改變其形式，以更清晰或更精確的方式被陳述，但是所得到的自然知識的總量和開始的時候是一樣的。因此，我們永遠不能預測超過我們更能夠達到的速度之外的結果。對此我們應該記住的教訓是對陰極射線的速度計算總是具有極大的不確定性。

的確，在涉及精確知識時，這種限制將更為嚴重。

當我們在聽到物理學家或者其他人不斷地提出超越這些極限，會發生什麼樣的情形呢？以速度為例，比方說當物體在以光速運動時。沒有任何一種已知的過程能夠達到這樣的速度，即使物體從無限遠落向宇宙中最大的物質聚集體。如果它還像陰極射線一樣帶電的話，物質的性質會因為電磁特性的疊加而被徹底改變。

年輕物理學家常常會犯的一種錯誤，是傾向於將在一定限度內的特定實驗的曲線或者數學表達式應用到限定的範圍之外。這種做法有時被稱為外推法（extra-polation）。倘若使用時不夠小心謹慎，這一過程將不再是一個推理的過程，而只會在外推範圍過大的時候成為一種很容易導致失誤的純粹想像。

但是，我的目的不是闡述過多細節。我已經講到的足以表明在我們所涉足的領域，我們知之甚少。

這一事實很奇怪：我們的思維指向無限、我們的想像力不受時間和空間的限制，但我們精確的知識卻如此之有限。在時間上，我們局限於幾百年或幾千年的時光：我們的科學發展的時間更是遠為短暫。在空間上，我們精確的知識局限於我們地球的部分表面、以及在表面之下一英里左右的範圍，加上通過強大的望遠鏡所能看到的空間所獲得的微乎其微的了解。在溫度方面，我們的知識範圍在絕對零度附近直到太陽的溫度，但精確的知識仍然相當有限。在壓力方面，我們能從仍含有無數飛行的原子的克魯克斯（Sir William Crookes，1832-1919, 英國化學家物理學家）真空到最硬的鋼的強度。即使如此，我們所獲得的壓力範圍與地球和太陽中心的壓力相比，仍然微不足道；在地球或太陽的中心，即使最硬的鐵也會像清水一樣地流動。在速度方面，我們局限於每秒幾英里。在力的強度方面，我們大概能達到每平方英寸100噸。在機械轉動方面則是到每秒幾百轉。

在我們所考慮到的所有事實中，無論走向何方我們都有可能犯錯，我們思維的推理能力會有弱點，實驗和觀察見證會容易犯錯和不可靠，所以科學家們對他們所告知的聲明或任何引起他注意的知識會持以懷疑的態度。相比於歷史上的其他知識，我們科學中的事實和理論遠為具有確定性。那些知識包括通常的歷史中的事實或者法律證據中以之為根據的普通人的證言，或者我們生病時所相信的藥物的價值，以及普通人信以為真並以之指導自己信念和生活行為的所謂的整套真理。與這些相比，如果我所談及的物理學知識不夠完美如果是正確的話，看起來將是一件不祥和奇怪的事情。如此之下，我們應該如何矯正我們的思維呢？我所知道的唯一的方式是避免通常的或者所謂法律的思維的非此即彼的思維方式。從來沒有絕對的真理或者絕對的謬誤。科學的思維從來不應該認可所謂理論或者觀測是完美的真理或者徹底的錯誤。它應該仔細地衡量每一個理論或觀測中真理和謬誤的可能性，並將其在絕對真理和絕對謬誤之間的線上的恰當位置進行評分定級。

普通的粗糙思維只有兩個隔間：一間裝真理，另一間裝謬誤；令人悲哀的是：絕大多數情況下，這兩個隔間常常是混淆不分的；然而，理想的科學思維卻有無數的隔間。每個理論或定律都有其適當的位置，並且各自標明其作為真理的概率。當一個新事實來臨時，科學家就會將定律從一個隔間移到另一個隔間，如果可能，始終將之置於真理與謬誤關係中的恰當位置。因此，電的流動性質曾經距離真理一步之遙，法拉弟（Faraday）和麥克斯韋的研究促使我們現在將之置於絕對謬誤的附近。

如此這般，行星間的萬有引力定律（the Law of Gravitation）距離絕對真理只有一步之遙，但是，在它向絕對真理的道路更為向前一步之前，應該還有可修正之處。

因此，理想的科學思維必須在微弱的新證據面前向前或者向後一步的問題上保持一種平衡狀態。這是一種持久的懷疑態度，清楚知道沒有什麼是完全確定的。總而言之，這是一種對於所有科學事實和理論的一種不可知論，這對於其他的信仰和理論也是如此。

當然，如果就此推理得出結論認為我們並不需要根據我們獲取所擁有知識的方法來指導我們的生活，則是愚蠢的。大自然是鐵面無私的；它對一個小孩因無知而跌入懸崖的處罰，等同於它對一個成熟科學家跨越懸崖的處罰，儘管這位科學家完全明白落體定律及其正確的機率。兩者都步入深淵，他們的下落符合無機物體的引力定律，儘管肌肉的扭曲會輕微地改變下落的過程，但這絕不會因為墜落者事前的信仰有任何改變。在這一點上，自然法則嚴格而不可改變。了解自然法則就會受益：我們可以利用它們來為自己謀福利、讓它們成為我們願望的奴隸；錯誤理解自然法則，它們就是魔鬼，會把我們撕成碎片或磨成塵埃。在此沒有任何東西與信仰有關，它們堅定不移，我們必須認識理解它們，否則就得承受其後果。我們唯一的途徑是按我們認知正確法則的機會行事。如果我們正確行動就萬事大吉，如果我們錯誤行動，我們則會蒙難。如果我們無知，我們就會死亡。還有誰比聲稱「信仰沒有後果只是因為它是真誠的」的人更愚蠢的呢？

唯一的孩子，被寵愛的妻子，因病躺在床上。醫生說，這是一種致命性的疾病；一種名為微生物的微型植物進入他們的身體，消耗身體的組織得以生長，在血液中形成致命的毒素或摧毀其它重要的器官。醫生看著病人卻無技可施。每天，他來看望並記錄病人體力的衰減，病人一天天衰弱直到步入墳墓。為什麼醫生會允許這種事情發生？是否有一種藥物可以殺死或消滅這種微生物？醫生為什麼不用這種藥物呢？我們請醫生來治病，但他卻治不好這病。就因為他盡了自己最大努力並提供了治癒的可能，我們還得愉快地為此付賬。

答案是「無知（ignorance）」。

治療的藥物還屬未知。醫生正等待其他人來發現新方法，或者他正在用粗糙和不科學的方式嘗試尋找治療方法。如果他的推測不正確，那麼世界豈不是一直在為錯誤的人支付費用？如果在過去，恰當的錢被用於消滅這些無知，這些無知是否會消失？有人認為這種死亡是上帝的安排。這是對上帝的褻瀆。因為這是由於我們自己和我們的先人的自私，沒有建立足夠的醫學研究機構，沒有足夠的方法來發現真理和事實。這種死亡無異於謀殺。

所以，現在這一代人在承受祖先們的罪，我們死去是因為我們的祖先將他們的財富用於陸軍和海軍，用於愚蠢的、裝腔作勢的儀式、排場，卻沒有為我們提供自然法則的知識。從這個意義上講，他們是尚未出生的未來一代的強盜和謀殺者，讓本應和平快樂的世界成為恐怖陰森的地獄。他們對自己正在做的事情的無知是他們的借口，但這個借口將他們置於粗野之人和野蠻人的行列，這些人只按自己的願望行事，既不合理性也不盡天職。讓我們這一代人引以為戒，不再承受這樣的責難，因為他們不能再以無知作為借口。

我所給的這個例證來自醫學領域，因為所有人都能理解它。但所有的科學都是相互關聯在一起，而且必須協調一致前進。人類的身體本身就是一個化學和物理問題，在我們能戰勝疾病之前，這些科學必須進步。

但是，對物理學懷有真愛的人在工作中並不需要這樣的激勵。治癒疾病是一個非常重要的目標，沒有誰比一個將自己生命奉獻於疾病治療的人更高尚！

然而，物理學家的目標部分屬於純粹的智力；他致力於認識宇宙，這種智力樂趣源於追求，但真正支撐他持之以恆的源動力是：他知道對自然秘密的研究是命定的方法，通過這種方法人類最終會獲得最大的利益和幸福！

這個城市、這個國家，不，這個世界最偉大的實驗室在哪裡？我們看見這兒或那兒有一些慘兮兮的建築物，一些飢腸轆轆的教授們在裡面高尚地盡他們最大努力使用他們可憐巴巴的工具工作。但是，在這個世界上，哪裡有這樣的純粹科學領域的研究機構年度預算可達一億美元？在世界的哪個地方，純粹科學的發現者所獲得的報酬比一個日工或廚師的薪水更高？然而，每年１億美元的經費，只相當於每年用於一支專門殺人的陸軍或海軍的費用。仔細想想吧，用這筆錢的百分之一用於拯救我們的孩子和後代免於疾病的痛苦甚至死亡，對很多人來說這也算是花費太多！

但是，二十世紀已經臨近，難道我們不期望在二十世紀結束前出現更美好的事情？難道我們不希望在這個方向上影響公眾？

讓我們對我們所追求的尊貴事業充滿信心，走向未來；讓我們高昂著頭，在追求真理的時候懷著純良之心，願美國物理學會現在和未來的幾代人能夠在解答宇宙的構成和規律的偉大問題上盡到我們的責任。

——亨利·A.羅蘭

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附：

羅蘭的職業生涯與美國的物理學發展

撰文 | 王丹紅

2016年4月16日，是美國物理學會創始人及第一任會長、約翰霍普金斯大學第一任物理系主任亨利·奧古斯特·羅蘭逝世115周年紀念日。

今年2月11日，激光干涉引力波天文台（LIGO）的科學家們向世界宣告： 人類第一次直接探測到引力波，證實了愛因斯坦100年前的預言！也許，這是物理學家們對他們偉大的前輩學者最好的紀念。

1899年5月20日，36位物理學家聚集在紐約哥倫比亞大學物理系，創立美國物理學會，旨在「促進物理學知識的傳播」，時任約翰霍普金斯大學物理系主任羅蘭當選為會長；同年10月28日，在紐約召開的美國物理學會大會上，羅蘭發表首次會長演講——《物理學家的至高目標》。他在演講中談到了當時物理學研究的最前沿：物質組成、電磁作用、引力作用以及以太空等，這些真知灼見預示了二十世紀初量子力學和相對論物理的誕生。同年12月8日出版的美國《科學》雜誌全文刊發了這篇演講。

1976年，為慶祝美國建國200周年，美國物理學出版特刊《美國偉大的物理學家選集》（Selected Papers of Great American Physicists），羅蘭的兩篇經典文獻入選，其中一篇就是他在1899年的演講。美國物理學會在選集中對這篇文獻的評價是：「在量子力學和相對論帶來的物理學革命前夜，這個演講對物理學進行了綜述，並總結了物理學家自己（及他們的使命）。今天看來，羅蘭的形象幾乎具有精英主義的傲慢，但是，正是他這樣的情感將美國物理學提升到今天高度專業化水平。」

時任美國物理學會長威廉姆·福勒（William A. Fowler）在特刊前言中寫道：「今天的美國物理學位居世界首位，但從前並不是這樣的……本特刊所發表這些偉大的美國物理學家的經典論文，展示了美國物理學從殖民時代到20世紀初期的崛起！」

今天，人們習慣於將羅蘭、邁克爾遜（Michelson）和吉布斯（Gibbs）列為十九世紀最偉大的三位美國物理學家。事實上，十九世紀末，在國際科學界享有崇高威望的美國物理學家僅羅蘭一人而已。

羅蘭作為物理學家的生涯，也是美國物理學發展從經典步入現代的一個典型例子。

亨利·羅蘭住宅 ，帶地下室的三層小樓；1975年，被列入美國國家史名錄（ National Register of Historic Places），宣布為「國家歷史地標」（ National Historic Landmark）

1848年，羅蘭出生在賓夕法尼亞州洪斯代爾鎮，父親是當地長老派教會的牧師。成長過程中，羅蘭顯示出對科學的偏愛，他拒絕學習傳統經典。17歲時，家庭做出讓步，羅蘭進入位於紐約州的倫斯勒理工學院讀書。大學期間，他立志成為邁克爾 ·法拉第一樣的科學家。1870年，也就是大學畢業兩年後，羅蘭重返倫斯勒理工學院，成為一名物理系助理教授。教學之餘，他將所有的時間用於導磁性研究。

儘管羅蘭是他所在時代最偉大的的物理學家之一，但是，他的天賦最初並沒有在美國獲得認可。在他的導磁研究論文投稿因審稿人看不懂，遭到《美國科學期刊》（ American Journal of Science）拒絕後，他將論文寄給英國物理學家詹姆斯·麥克斯韋。麥克斯韋被這項工作感動，當即推薦發表在倫敦出版的《哲學雜誌》（Philosophical Magazine）。這樣，羅蘭這顆物理學新星在歐洲科學的天空升起，但他在自己的國家仍籍籍無名，這種狀況一直持續到1875年。

1875年，時任加州大學校長丹尼爾·科伊特·吉爾曼（Daniel Coit Gilman， 1831-1908），應邀籌辦約翰霍普金斯大學。約翰·霍普金斯（1795-1873）是美國從事商業和投資的百萬富翁，1870年，他在遺囑將700萬美元的財產平均為兩份，分別用於創辦一所醫院和一所大學。吉爾曼矢志要按德國模式創建第一所美國研究型大學！籌建期間，他用了一年時間研究大學的組織構建並尋找傑出的教師和學者。當他來到歐洲，拿著一份名單請麥克斯韋建議誰是物理學教授的最佳人選時，麥克斯韋立即指出：亨利·羅蘭！

27歲的羅蘭愉快地接受了出任新大學物理系主任的邀請。上任前，他被派往歐洲考察和學習研究型大學和先進的物理實驗室建設，併購買儀器。1876年，在德國柏林停留期間，羅蘭在物理學家赫爾姆霍茨的實驗室實現了一個他早已構思但因條件缺乏而未做的精確實驗，這個基礎性的實驗中證明了帶電旋轉運動圓盤產生磁場的效應。在之後的一系列研究中，羅蘭在1880年首先討論了麥克斯韋電磁理論中的運動不對稱性問題，先於赫茲（Hertz）、赫維賽德（Heaviside）和洛倫茨（Lorentz）等人在相關方面的研究，這一重要問題於1905由愛因斯坦提出的相對論理論所解決。羅蘭若不是在1901年英年早逝，他一定會為幾年之後出現的相對論和其後基於精確的光譜學實驗測量而發展出的量子理論而興奮不已。

自1876年至1901年的25年里，羅蘭一直擔任約翰霍普金斯大學物理系主任。他最偉大的成就之一是研製出可精確測量光譜的曲面光柵，在現代物理、化學和天文學中發揮了基礎性作用，這一設備為全世界的實驗室所使用；在他的直接指導下，他的學生霍爾（Edwin Hall）在其博士論文工作中發現了磁電「霍爾效應」。

羅蘭一直立志於提升美國在基礎和純粹科學研究方面在世界上的地位。1883年，羅蘭發表了代表美國科學獨立精神的不朽演講——《為純科學呼籲》（A Plea for Pure Science）。「我時常被問及這樣的問題：純科學與應用科學究竟哪個對世界更重要？為了應用科學，科學本身必須存在。假如我們停止科學的進步而只留意科學的應用，那麼，我們就很快會退化成中國人那樣，多少代人以來，他們都沒有什麼進步，因為他們只滿足於科學的應用，卻從來沒有追問過他們所做事情的原理，這原理就構成了純科學。」（《科學新聞》2005年第5期 總第295期）

1890年，結婚後不久的羅蘭得知自己患有當時是不治之症的糖尿病。為了給自己的家庭提供足夠的未來支持，他轉向電信技術的發明和專利申請。他也期望為物理學的未來事業留下遺產。在逝世前兩年，他積極推動創辦美國物理學會（APS），並出任其第一任會長。

「純科學與應用科學，究竟哪個對美國的未來更為重要？」經過漫長的一個世紀的起伏跌宕，科學家們給出了歷史性的回答。LIGO直接探測到引力波，這是人類第一次通過非常精確的測量技術，實現了直接探測引力波、證實了愛因斯坦100年前預言，開啟了引力波天文學的時代。這是一個穿越星際、跨越百年、並且超越了美國科學疆界的人類故事！

回望現代科學百年歷史，從麥克斯韋、羅蘭 、愛因斯坦、邁克爾遜等等科學家，再到今天為引力波探測做出重要貢獻的幾千位科學家、工程師， 正如羅蘭所說：「在這個意義上，我們組成了一個新型的貴族階層，它既不是基於財富，也不是基於血統，而是基於知識和理想。它對那些為人類知識做出最多貢獻的人，或者那些將為人類增加知識作為至善而儘力追求的人，致以最崇高的敬意！」

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