【文摘】凯尔文:是上帝创造了生命,并且掌管一切

作者/张文亮

来源/科学大师的求学、恋爱与理念

凯尔文(1824-1907年)

昨夜夜深星仍亮

有人说,上帝要给人类科学,于是『牛顿』上了历史的舞台;上帝要给人类工程,于是来了『凯尔文』,从此产生了电机工程与机械工程。因着他的发现,世界上的每一个要念工程与理科的学生,打开课本,就会发现『能量』观念贯穿了每一个物理与化学的公式,解释了每一个热、电、磁的运动,成为近代科技理论的房角石。
凯尔文这位天才,十岁进大学,二十二岁剑桥大学就想礼聘他去担任物理系主任,绝对温度的K就来自于他姓氏的缩写,热力学第二定律是他提出的,液态氮是他首先压缩出的,环球资讯的第一条电缆是他铺的,电子检流器是他发明的,同位素放射理论是他先想出来的。
当世界上的学术地位、发明利润、大众焦点都追随他之际,他却挥挥手,抛开这一切,几十年,多少黑暗漫漫的长夜里,他坐在爱妻马格丽特的病床边,静静地朗读圣经的诗篇,成为他们苦难相依的最深安慰
亲爱的学生们,也许你可以不喜欢科学,不喜欢工程,但是,你可以喜欢这个人——凯尔文。

在苏格兰的西南部,有一个美丽的地方,当地人称它是格拉斯哥(Glasgow),翻译出来就是『绿色的山谷』。整片山谷铺满了如茵的绿草,绿地的沿伸直到克莱河(River Clyder)河口,再往前就是大西洋了。古代冰河的侵蚀,在克莱河切下深峻的河床,使得大型的轮船可以溯岸三十多公里远。这里自古以来就是天然良港,人文经济荟萃之处,在公元一四五一年就成立了一所著名的格拉斯哥大学,几百年来默默担负着苏格兰文化与科技的传承。尤其这里出了位大科学家凯尔文(William Thomson Kelvin),他自传统的物理化学中,延伸出了工程的科系,他的成就奠定了工程,成为二十世纪科技发展的主流。 

凯尔文生于一八二四年六月二十六日贝尔法斯特城(Belfast)。他父亲本来要当牧师,但是在凯尔文六岁的时候母亲就过世了,伤心的父亲带着六个小孩离开家乡,到格拉斯哥担任数学系教授。排行老四的凯尔文,从小就感受到没有母亲的孤独与他父亲的悲伤。孤独与悲伤就成了这个孩子一生的特质。 

〖天才看天才〗

凯尔文从小就显出不凡的数学天分。他是那种不需要花很多时间念书,就可以念第一名的学生。至于他读书的秘诀,凯尔文后来写下:『念科学方面的书最主要的关键,是把基本的原理明了清楚,有条有序的思考,就能消化科学冗长的数学理论推导。』他又说:『科学是一门细心的学问,在于培养学生精细分析的能力,并且以这种分析为工具,在许多与大自然相关的事情,奏出发现原理的胜利凯歌。』

凯尔文一进学校,就把学校里的课程加以分类,并且按难易程度排成修课的进阶次序,在当新生的第一个月,就把大学的教导内容弄清楚。

在父亲的鼓励下,凯尔文十岁就自修微积分,并且以数学资优学生资格进入格拉斯哥大学。在汤姆森(ThomasThomson)教授的指导下,攻读热、电、磁、光学,汤姆森教授对这位年仅十岁的大学生深感兴趣,不仅是他在任何数学课程上名列前茅,而且,汤姆森在学校的记录簿上写下:『我很惊讶地发现,凯尔文上课所做的笔记,几乎跟我自己的讲稿一样好。』

凯尔文十三岁读完法国大数学家傅立叶(Joseph Fourier)的热传导数学,从此开始把物理与数学结合在一起。十五岁时,他发表『有关地球密度的探讨』(The Investigation Of the Earth’s Density),获得大学独立研究比赛的首奖。这是他一生发表六百多篇研究报告的第二篇。在颁奖典礼上,许多学生与家长都来看这个天才学生,凯尔文在讲台上只说了短短几句感谢词就下台,然后迅速的消失在惊愕的人群中。

凯尔文不只那天在讲台上说得少,平常话就很少,天生的忧郁,使他的父亲与老师,都担心这个早熟的学生是介于天才与疯子之间,活在自己高筑城墙的城堡内。

十六岁时他读尼古拉(Nicol)教授写的《太阳系的次序与现象》(The Phenomena and Order of the Solar System)一书,书中写到天文学大师开普勒(Johannes Kepler,1571-1630)的生平:这位德国的科学家,从小就以天才着称,但是愤世嫉俗,处处与人格格不入……他后来发现问题的关键在于,他内心深处在寻找必须的永恒(Necessary Immortality),于是不看地上的人事物,转而研究天上星辰的运动,宣告上帝的作为在那里(The Finger of God is there)!

这个短短的见证把凯尔文引向信仰之路。

〖物理之内有蓝天〗 

凯尔文十七岁到剑桥大学专攻高等数学。二十岁以最优异的成绩毕业,而后到巴黎大学学习物理实验。二十二岁不到已集物理、数学、化学、实验设计之大成于一身。剑桥大学重金礼聘他回去任教,他没有接受,却回到母校格拉斯哥大学担任首席的物理教授。

凯尔文认为所有看得见的物理与化学现象,其实背后有一个看不见的共通原则在引导着,这就是『能量』(Energy),只要能够了解能量的改变,物理与化学不明白的地方就成为『蓝天一片』般的清楚。历史上后来称凯尔文是『热力学之父』(Founder of Thermodynamics)。因着他的看见,今天理工科的学生,无论是念电机、化工、土木、机械、电子,尽管科系名称不同,但是打开课本,最基本的地方都是从能量的变化开始讲起。

凯尔文的日记里,每天都写下一句他当天所背下的圣经经句。在他发表的研究报告里,也经常提到信仰。例如:

当他发表热力学第二定律时,他就提到圣经里的诗篇第一O二篇26节:『天地都要如外衣,渐渐旧了,』表示能量的反应进行使得有效能量逐渐的减少。当他在二十八岁时,发表热动力理论(The Dynamic Theory Of Heat)时,他在研究报告上写道:『上帝在这个时代还行神迹吗?是的!科学的知识是来自上帝的作为,放在我们的心中,使我们能够了解。过去,它把异象放在先知的梦中,现今它把知识放在人的心中,使人能够建立理论去说明这个世界的真实。人有理解的心智,是上帝所创造。』

在发表潜热(Latent Heat)的演讲上,他说道:『如果没有水的潜热现象,人类将立刻面对世界灭亡的浩劫。因为两极的冰山将立刻溶化,大水将淹没全地。『我愈了解水的特性,愈知道这是出于上帝的慈爱与恩典。』 

〖凯尔文的三个辩论变化球〗

凯尔文将他的信仰表白都放在研究报告里,公开场合里他还是很少说话。他对信仰的坚持引来许多进化论学者的反对,甚至有人召开大会与他辩论。在辩论会上,进化论者挟着袭卷整个生物科学界的气焰,炮火凶猛地攻击。凯尔文静静的坐在台上,静静的听,然后投出第一个问题:

『进化论是一个学说呢?还是一个不变的定律?』

凯尔文不愧是一代天才。这个问题立刻压制了对方的气焰。因为进化论如果是一个真理,为什么进化论里有那么多的假设;如果说只不过是一种未定的学说,为什么支持进化论者像支持真理似的不容别人质疑?

凯尔文看得更远,他知道进化论的缺点在哪里,他说:『进化论假设整个生物的进化与年代,都在与今天相同的环境里产生,这种臆测,违反了热力学的定律。』

凯尔文继续投出第二个问题:

『进化论能够回答生命是怎么产生的吗?』

这个问题不仅让会众安静,也让与他争辩的进化论大将赫胥黎(Huxley)为之语塞。

凯尔文说:『我们都知道地球的地质年代上有一段漫长的年代是没有生命的,而后突然有生命产生。没有任何力量可以产生生命:无论是机械性的动力,是化学的变化,是电子的传递,是矿物的结晶,是原子的力量,都无法使生命从无变有。当你认真地面对这个问题,你必须承认这是科学跨不过的门槛。这是上帝的奥秘……我并不反对生命在产生以后,因着某些环境的改变,生物会有一些进化的现象,但是最基本的真理仍不改变——是上帝创造了生命,并且有智慧地掌管一切。

『因此,』他投出第三个问题:『人有道德、有爱、有对于永生不朽的渴慕。如果人只是无意义的,偶然的进化产物,怎么会问这些有意义的问题?』凯尔文用五分钟结束了辩论。他没有反对进化论,而是说明了,即使有进化论,上帝仍是进化论的主。凯尔文说:『人类承认自己所知的有限,是科学最关键的原理。』

今天进化论已经袭卷整个知识界,并且掌控社会学、人类学、经济学、心理学……的思想主轴。但是进化论违背凯尔文所提的『热力学定律』,在追求精确的科学里,进化仍是被质疑的『论』(theory),不是颠簸不破的『律』(Law)。至今我们仍称之为『进化论』而非『进化律』。

〖黑夜的爱情〗

凯尔文在大学任教时,与他的青梅竹马玛格丽特(Margaret Crum)结婚。玛格丽特是凯尔文的表妹,从小就认识凯尔文,深知他的为人。这位大科学家天性孤独,加上长期浸淫在数学与物理的思考中,使他的生活严谨刻苦,别无嗜好,了无情趣。玛格丽特却衷心欣赏他的执着与真实。凯尔文深夜思索解题时,玛格丽特就静静地陪伴一旁,她不懂什么热力学的绝对低温,但她知道先生爱她的热度绝对在-273℃以上。

玛格丽特后来经常生病,凯尔文陪她多次远渡大西洋,到德国、法国寻访良医。一八六六年大西洋电报公司(Atlantic Telegraph Company)请问他能否传递电子信号经过海洋,凯尔文也想迅速知道欧洲那边医师对他妻子的诊断,于是担任第一位海底电缆工程师,在大西洋海底铺设了长达四千八百公里的铜丝电缆,并且设计了第一部电子检流器(galvanometer),检测传来的电子信号,开拓了环球电子通讯的首页。英国皇室因他这项杰出成就,封他为爵士,在一八九O年至一八九五年间,他还担任英国皇家协会会长。

一九O七年,长年缠绵病榻的玛格丽特死于中风。伤心欲绝的凯尔文随之在同年十二月十七日逝世。他一生坚信人所看到的物理、化学、生物的现象,都是由看不见的原理所引导的,这是来自上帝的永恒智慧与掌管的权能,正如圣经所记:『原来我们不是顾念所见的,乃是顾念所不见的:因为所见的是暂时的,所不见的是永远的。』(《圣经》哥林多后书四章18节)

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