熱力學，你為什么這么傷人？

在浩瀚的科學海洋中，有一門具有獨特的魔力的學科，揭示著自然的終極規律，吸引著無數天才前赴后繼；但同時，它猶如一個危險的黑洞，令無數人陷入精神的漩渦，它就是熱力學。

熱力學是一門研究熱、功、能量轉化及物質狀態變化規律的科學，核心圍繞能量守恒（第一定律）、熵增（第二定律）等基本定律揭示宏觀系統的能量的耗散與平衡。另外，熱力學與化學、工程學（熱能和電力等）、信息、社會和經濟學科等形成各類交叉學科。

今天，我們就來聊聊這個 “最傷人的學科” 背后的那些人的故事。

加州理工學院物理學教授大衛·古德斯坦（David Goodstein，1939-2024）在他的熱力學著作《物質的態》的開篇首行中寫道：“玻爾茲曼研究統計力學一生，于1906年自盡；繼承者埃倫費斯特在1933年同樣離去。現在輪到我們學習統計力學了——或許該懷著敬畏之心。”

Ludwig Boltzmann, who spent much of his life studying statistical mechanics, died in 1906, by his own hand. Paul Ehrenfest, carrying on the work, died similarly in 1933. Now it is our turn to study statistical mechanics. Perhaps it will be wise to approach the subject cautiously. David Goodstein, States of Matter[M]，1975

古德斯坦提到的路德維希·玻爾茲曼（ Ludwig Boltzmann，1844-1906）和保羅·埃倫費斯特（Paul Ehrenfest，1880-1933）師徒二人，是20世紀初世界著名物理學家，他們選擇自殺離去，在當時國際物理學界引起了巨大的震動，人們為天才物理學家的離去而扼腕嘆息。

然而，這絕非孤例，當翻開熱力學史冊，一大串人名讓人驚愕。從遙遠的古代到現代，無數與熱力學相關的研究者被籠罩在自殺的陰影之下，他們的故事串聯成一條令人痛心的時間軸。

兩千年前，作為熱力學的近親——原子論，它的先驅德謨克利特（Democritus，前460—前370）和盧克萊修（Lucretius，前99—前55）相信死亡源于原子溶解，據說二人都選擇了自殺。

1832年8月，被后世稱為熱力學之父的法國物理學薩迪·卡諾(sadi Carnot，1796-1832)在猩紅熱、狂躁癥和霍亂的多重折磨下離開了人世。

Sadi Carnot（1796-1832）

1850年5月，熱力學奠基人之一、熱力學第一定律的發現者尤利烏斯·馮·邁耶（Julius von Mayer，1814-1878），為逃離學術界的嘲笑與喪子之痛，兩度試圖自殺，最終被送進精神病院。

Julius von Mayer（1814-1878）

1906年9月，患有嚴重抑郁癥的玻爾茲曼在意大利的一家旅館自縊時，口袋中裝著證明原子存在的論文——而三年后，他的現代原子論就被佩蘭的實驗證實。

Ludwig Boltzmann（1844-1906）

1933年9月，由于不堪抑郁癥的長期折磨，埃倫費斯特選擇了自殺，他對統計力學及其與量子力學的關系做出了重大貢獻，包括相變理論和埃倫費斯特定理。

Paul Ehrenfest（1880-1933）

1946年3月，化學家、熱力學家、化學鍵理論的開創者吉爾伯特·劉易斯（Gilbert Lewis, 1875-1946）被發現在加州大學柏克萊分校的實驗室中服用氰化物自殺。

Gilbert Lewis（1875-1946）

1961年8月，統計物理學先驅珀西·布里奇曼（Percy Williams Bridgman，1882-1961）在不堪癌癥的折磨后舉槍自殺。

Percy Williams Bridgman（1882-1961）

物理學分支眾多，門徒萬千，為什么他們都偏偏來自熱力學領域？

首先，熱力學自成為一門學科開始，就充滿曲折和起伏，經歷了無數質疑、斗爭、反叛和分合。涉及原子論、燃素說、熱質說、熱動說等學說的演變。歷史上無數科學家都參與這場長達數百年的論戰，他們在這個歷史演變中被考量、懷疑和攻擊，有人豁然開朗，有人固步自封，還有人百思不得其解。

任何學科在觀點交鋒和演變的階段，研究者的個人身份和學說思想都會受到各種質疑甚至排斥，而熱力學作為影響廣泛、論戰最為曠日持久的學科，必然會導致研究者背負巨大的精神壓力。作為統計熱力學的開創者，玻爾茲曼認為微小粒子（原子和分子）的運動決定了物質的性質，他還提出，原子的位置是隨機的，只能用概率描述，基于此他提出了衡量無序性的概念——熵。

但他的觀點受到主流學界的嚴重質疑，奧地利物理學家、實證主義者恩斯特·馬赫（Ernst Mach，1838-1916）曾經直問他：“原子，你見過嗎？”當他在1895年的科學會議上為原子存在辯護時，權威學者奧斯特瓦爾德宣稱：“不可逆現象證明原子論是謬誤！”盡管得到主流化學界的支持，但主流物理界仍將他視為異端。

由于學術觀點的不同，他與在維也納的同事——包括恩斯特·馬赫等人的關系不好。另外，玻爾茲曼還長期受到當時德國重要的物理學雜志的編輯的不友好對待，論文得不到發表。這些都導致玻爾茲曼長期抑郁。1895 年，玻爾茲曼在他的著作《氣體理論講座》中，討論了特定人群中自殺的概率，并將其與不太可能發生的事件的不可能性進行了比較，例如，一摩爾氣體發現自己處于容器的一半中。

在這么長的時間內，根據概率定律，會有許多年里，一個大國的每個居民都在同一天純粹是意外地自殺，或者每棟建筑都在同一時間被燒毀——然而，保險公司卻通過忽略此類事件的可能性而相處得很好。 Ludwig Boltzmann，Lectures on Gas Theory

1906年，他被院長認為患有“極其嚴重的神經衰弱”——以現在的標準看是嚴重的抑郁癥。

1906年9月5日，當他的妻子和女兒正在亞得里亞海游泳時，他在旅館窗框系上了繩結。而三年后，法國化學家讓·佩蘭（Jean Baptiste Perrin，1870—1942）的實驗終于證明了原子的存在，可惜玻爾茲曼沒有等到那一天。

同樣的陰霾也籠罩著熱力學與化學家吉爾伯特·劉易斯。他開創的化學鍵理論被朗繆爾發展并斬獲諾獎，自己被35次提名但卻屢屢落空。

1946年3月23日，劉易斯與來訪的朗繆爾共進午餐，一個小時后，他被發現在加州大學柏克萊分校的實驗室中倒地身亡，身旁是破碎的氰化氫空瓶——官方稱心臟病，但幾年后的一位親密同事在回憶錄中寫下：“那天他在玩橋牌時眼里沒有往日的光。”

1933年9月25日，奧地利理論物理學家保羅·埃倫費斯特在安排好其他孩子，并槍殺患有唐氏綜合癥的小兒子瓦西克后，他選擇了自殺。他對統計力學及其與量子力學的關系做出了重大貢獻，包括相變理論和埃倫費斯特定理。

1961年8月20日，高壓熱力學公式提出者、物理學家布里奇曼在癌癥晚期完成七卷著作的索引，寄給出版社后平靜地舉槍自盡。遺書如手術刀般鋒利：“讓一個人親自動手做這件事，對社會來說很不公平。或許，今天是我能夠親手做這件事的最后一天了”

It isn't decent for society to make a man do this thing himself. Probably this is the last day I will be able to do it myself. Percy Williams Bridgman, Bulletin of the Atomic Scientists. 18 (2): 22–23.

由于他的巨大影響力，他的死亡成為安樂死運動的啟蒙火炬。

現代計算機科學之父艾倫·圖靈（Alan Turing, 1912-1954）也涉足熱力學。他是形態發生學熱力學的奠基者，他的選擇同樣充滿隱喻。1954年6月7日，因同性戀身份被迫接受化學閹割的他，咬下一口浸滿氰化物的蘋果。友人嘆息：“他仿佛在問：知識樹上的禁果，我們還要拒絕多久？”

Alan Turing（1912-1954）

氣體反應熱力學先驅弗里茨?哈伯（Fritz Haber，1868-1934）家族更是悲劇連連，妻子克拉拉抗議其化學戰研究開槍自殺，兒子赫爾曼與孫女也相繼自殺，戰爭與倫理的沖突徹底摧毀了這個家庭。

Fritz Haber（1868-1934）

另一方面，熱力學學科的獨特的哲學思想——特別是熵增定律的隱喻，熱力學第二定律揭示自然界的不可逆性等，如同懸在人類頭頂的達摩克利斯之劍。它宣告著宇宙終將走向“熱寂”——能量不斷耗散，星辰熄滅，萬物歸于死寂。
面對熱力學的這種“令人絕望的結局”，很多研究者難免會陷入懷疑和悲觀的精神境地，長時間的壓抑，往往會導致精神問題。

就像歷史學家亨利·亞當斯（Henry Brooks Adams，1838 -1918）在《致美國歷史教師書》中說的，歷史是 “能量退化過程”，這一觀點直接沖擊了人們對人類潛能的美好期待。想象一下，如果你知道無論怎么努力，一切最終都會歸于虛無，那種絕望感可能會讓人窒息。

Henry Brooks Adams（1838 -1918）

1906年，美國心理學之父威廉·詹姆斯（William James，1842-1910）因提出精神和身體活動儲備能量理論而聞名。該理論認為，儲備能量潛伏在人類體內，只等待被開發利用。而他的朋友，歷史學家亨利·亞當斯由于受到熵增定律的影響，將人類文明比作“持續衰變的能量系統”。兩人之間多次就此問題展開論戰。

William James（1842-1910）

詹姆斯在成年早期曾患有抑郁癥，期間他連續數月考慮自殺。詹姆斯給亞當斯發了一封信反駁亞當斯的理論，隨后又寄出了多張明信片，在寄出最后一張明信片之后的兩個月，詹姆斯去世。

另外，由于微觀粒子運動的概率性，熱力學的現象是以統計規律呈現的，這與經典物理學的決定論無法達成一致。這就像是一個矛盾的漩渦，使研究者們陷入了自由意志與宿命論的掙扎之中。因此，當熱力學原理被用于詮釋精神、人性和社會時，例如在開展熱力學的交叉研究時，會引發各種混亂的理解。

17 世紀，英國作家、《憂郁的解剖》作者羅伯特?伯頓（Robert Burton，1577-1640），嘗試用電磁熱理論解釋人類情感，最終卻在牛津自縊。他或許未曾想到，用冰冷的科學去剖析復雜的人類情感，本身就可能引發精神的崩塌。

Robert Burton（1577-1640）

德國詩人和作家約翰·沃爾夫岡·歌德（Johann Wolfgang Goethe，1749-1832 ）同時也是一位科學家，他曾專注于植物形態，有關氣壓的熱力學和色彩的理論等。

Johann Wolfgang Goethe（1749-1832）

在經歷一位密友自殺去世后，24歲的歌德在六周內完成了偉大的著作《少年維特的煩惱》——講述了一個不穩定的三角戀——根據這個故事，主人公維特意識到他必須死才能解決這個局面，他別無選擇，只能自殺。

歌德在另一本著作《親和力》中提出，愛情可通過熱力學、化學與心理學結合。他將愛情描述為“化學親和力反應”，并宣稱，人類情感可以像反應熱一樣測量。

而這本“最危險的書”開啟了潘多拉魔盒——24歲的哲學家奧托·魏寧格（ Otto Weininger，1880-1903 ）那時剛完成他的著作《性與性格》，魏寧格將人類關系類比為 “離子不可控的結合”，在這種視角下，人類的情感和選擇似乎都失去了意義。他閱讀了歌德的全部著作，隨即驕傲地宣稱他完全認同歌德關于愛情的思想，四個月后，他也像維特那樣開槍自殺了。

Otto Weininger，1880-1903

19 世紀，人類 “化學親和力” 理論先驅珀西?雪萊（Percy Bysshe Shelley，1792-1822 ），疑似服用氰化物后溺亡，部分學者認為這是自殺。他的離世像是對當時社會觀念的一種激烈反抗，也反映出在科學探索初期，研究者面臨的巨大壓力。

Percy Bysshe Shelley（1792-1822）

在學習了歌德的《親和力》之后，上面提到的那位篤信“熱寂說”的歷史學家亨利·亞當斯則將理論轉換為婚姻悲劇。他與別的女子通信的事被妻子發現，導致妻子自殺。二十年后，亞當斯在吉布斯的熱力學方程前恍惚自語：“原來我只是宇宙中的一個相變”。

“情感熱力學” 創始人海倫?鄧巴（Helen Flanders Dunbar, 1902-1959），因理論爭議、法律糾紛和酗酒問題溺亡于泳池，科學研究與現實生活的雙重壓力將她擊垮。

Helen Flanders Dunbar（1902-1959）

心理熱力學和心理動力學（熵心理學）奠基人西格蒙德?弗洛伊德（Sigmund Freud，1856-1939），因口腔癌末期要求醫生注射過量嗎啡離世，這是一位探索人類心靈深處的大師，在生命最后對痛苦的無奈妥協。

Sigmund Freud（1856-1939）

熱力學的故事，是人類智識與存在困境的史詩。玻爾茲曼墓碑上刻著他最偉大的方程：S=klnΩ——熵衡量著可能性的廣度。

當我們凝視宇宙終將冷卻的預言時，或許該記住布里奇曼的箴言：“在無可避免的終點前，尊嚴是最后的抵抗。”

熱力學研究者，他們能計算天體的溫度，卻測不準自己內心的寒熱。

這些燃燒自己照亮宇宙規律的靈魂提醒我們：在探索物質世界冷酷法則的同時，更要守護心靈中那團永不熄滅的火焰——因為對抗熵增的唯一力量，正是人類對個體價值永恒的追求。

最后，回到現實學習中來，熱力學與統計物理學，作為理論物理學四大課程中的一門，很多人表示它最令人頭疼，認為它比量子力學還難對付。甚至有人工作多年后，還能切實感受到它帶來的不可忽略的心理陰影面積，打擊了自己繼續從事物理研究的信心。

現在明白了，那些擁有超級大腦的前輩大師們，在學習和研究熱力學時的體驗，比咱們也好不到哪里去，既然這樣，咱大可放下焦慮，且學且珍惜，足矣！

來源：秒含物理

編輯：一毫

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