奧斯特瓦爾德——物理化學(xué)之父

摘 要：在物理化學(xué)學(xué)科的創(chuàng)建過(guò)程中，德國(guó)科學(xué)家?jiàn)W斯特瓦爾德無(wú)疑居于突出重要的地位，他是這一新學(xué)科的領(lǐng)導(dǎo)者和集大成者。本文簡(jiǎn)要介紹了奧斯特瓦爾德的成長(zhǎng)經(jīng)歷、科學(xué)成就、性格特點(diǎn)和趣聞?shì)W事，以期引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，學(xué)習(xí)科學(xué)家矢志科學(xué)、胸懷社會(huì)、心系人類(lèi)的高尚品格。

關(guān)鍵詞：奧斯特瓦爾德； 物理化學(xué)； 催化作用； 稀釋定律； 萊比錫學(xué)派

中圖分類(lèi)號(hào)：G321.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-3315（2016）03-118-002

弗里德里希·威廉·奧斯特瓦爾德（Friedrich Wilhelm Ostwald，圖1），德國(guó)著名科學(xué)家、哲學(xué)家、語(yǔ)言學(xué)家和社會(huì)活動(dòng)家，物理化學(xué)的奠基者和代言人[1，2]，1909年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者，和荷蘭范特霍夫、瑞典阿倫尼烏斯一起并稱物理化學(xué)“三劍客”[3]。

奧斯特瓦爾德1853年9月2日生于俄國(guó)拉脫維亞的首府里加，兄弟三人，家境貧寒，雙親是德國(guó)移民后裔，父親是制桶匠人，母親是面包師之女。奧斯特瓦爾德具有愛(ài)好繪畫(huà)的天性和制造器物的手藝，從小酷愛(ài)自然，喜歡鉆研，熱衷采集植物標(biāo)本，觀察動(dòng)物活動(dòng)，捕捉螢火蟲(chóng)、蝴蝶和甲蟲(chóng)。10歲時(shí)進(jìn)入一所五年制新型實(shí)科中學(xué)學(xué)習(xí)，閱讀了形形色色的書(shū)刊。11歲時(shí)他看到一本關(guān)于制作焰火的書(shū)，便自己摸索實(shí)驗(yàn)，父母都很支持，父親專(zhuān)門(mén)騰出一間地下室給他做實(shí)驗(yàn)室，母親把廚房的研缽、篩子、器皿借給他用，他自己則設(shè)法到建筑工地干零活、作貼花畫(huà)出售掙錢(qián)購(gòu)買(mǎi)必要的藥品器材，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，終于制成絢麗的焰火。不久，他又迷上照相，他用父親裝雪茄煙的空匣子作暗箱，用母親的觀劇鏡作鏡頭，用涂有藥液的硬紙片作顯影紙，拆下窗格上的玻璃作底板，最后還真洗出了照片。兩次成功，使他體驗(yàn)到莫大的喜悅和幸福，點(diǎn)燃了他童年的熱情，打開(kāi)了他心靈的窗戶，照亮了他通向未來(lái)的道路。后來(lái)，他讀到一位農(nóng)業(yè)化學(xué)家所著的《化學(xué)的學(xué)?！?，這本教育杰作在他看來(lái)比他得到的什么東西都有價(jià)值，他盡情地品味書(shū)中的有趣實(shí)驗(yàn)，盡可能地動(dòng)手去做，而他當(dāng)時(shí)還沒(méi)上過(guò)化學(xué)課哩。奧斯特瓦爾德還喜歡繪畫(huà)、音樂(lè)和文學(xué)，多方面的興趣分散了他的時(shí)間和精力，以致五年的課程他讀了七年才算勉強(qiáng)畢業(yè)，但還需補(bǔ)習(xí)半年俄語(yǔ)。在這半年里，他邊補(bǔ)習(xí)邊做家教，教幾個(gè)準(zhǔn)備入中學(xué)的孩子，還用家教所得買(mǎi)了一臺(tái)縫紉機(jī)孝敬母親，樂(lè)得母親合不攏嘴。

1872年1月，奧斯特瓦爾德根據(jù)自己的興趣進(jìn)入多帕特大學(xué)學(xué)習(xí)。在頭一年半，他沒(méi)有好好聽(tīng)課，而是忙于里加大學(xué)生聯(lián)誼會(huì)的事務(wù)，組樂(lè)隊(duì)、拉提琴、畫(huà)風(fēng)景畫(huà)、參加社交活動(dòng)，落下不少課程。后來(lái)才總算覺(jué)悟，憑自學(xué)補(bǔ)上了刷掉的課程，并在施密特教授的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)化學(xué)，在厄廷根教授的指導(dǎo)下攻讀物理，還找到一本斯涅爾的趣味教科書(shū)自學(xué)數(shù)學(xué)，進(jìn)步很快，于1875年1月按期畢業(yè)，還發(fā)表了他的第一篇論文“論水在化學(xué)上的質(zhì)量作用”。大學(xué)畢業(yè)后，他成為厄廷根教授的助手，致力于通過(guò)物理測(cè)量研究化學(xué)親和力，于1876年底以“關(guān)于親和力的體積化學(xué)研究”通過(guò)碩士學(xué)位，于1878年底以“體積化學(xué)和光化學(xué)研究”獲得博士學(xué)位，確立起自己在化學(xué)界的地位。1879年底受聘多帕特實(shí)科中學(xué)教數(shù)學(xué)和科學(xué)，并作為施密特教授的助手繼續(xù)其物理化學(xué)研究。1882年初受聘里加工學(xué)院化學(xué)教授，開(kāi)始“化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究”的系列工作，通過(guò)反應(yīng)速率、電導(dǎo)率測(cè)量繼續(xù)親和力研究，期間他設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單有效、立即為許多實(shí)驗(yàn)室普遍采用的著名恒溫器，考察了作為德國(guó)化學(xué)中心的萊比錫大學(xué)，出版了開(kāi)創(chuàng)性的《普通化學(xué)概論》，先后拜訪了瑞典年輕人阿倫尼烏斯和荷蘭化學(xué)家范特霍夫，對(duì)他們的工作給予極大的肯定和支持，開(kāi)啟了三人的友誼和合作關(guān)系，并著手籌辦《物理化學(xué)雜志》。

1887年9月，奧斯特瓦爾德回歸德國(guó)，出任萊比錫大學(xué)（圖2）物理化學(xué)教授，成為德國(guó)也是世界化學(xué)史上第一個(gè)名符其實(shí)的物理化學(xué)教授[4]，開(kāi)始其學(xué)術(shù)生涯的黃金時(shí)期。在這里，他和范特霍夫（圖3）共同創(chuàng)辦了《物理化學(xué)雜志》（該刊的創(chuàng)刊標(biāo)志著物理化學(xué)學(xué)科的正式誕生），團(tuán)結(jié)吸引了一大批化學(xué)同行和青年學(xué)子，很快形成物理化學(xué)的萊比錫學(xué)派，并成為世界物理化學(xué)的教學(xué)和研究中心。1888年他提出稀釋定律和電離常數(shù)、溶度積概念，1891年提出酸堿指示劑理論，1892年提出熱力學(xué)第二定律的奧斯特瓦爾德說(shuō)法（第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)），1894年出版使分析化學(xué)教學(xué)發(fā)生革命的《分析化學(xué)基礎(chǔ)》，1895年對(duì)催化和催化劑作出科學(xué)的解釋?zhuān)?898年出版《接觸作用學(xué)說(shuō)通史》，1902年出版《論催化作用》，他還將催化用于工業(yè)合成氨（1900）及由氨制硝酸（1906）。此外，他還出版了工具書(shū)《實(shí)用物理化學(xué)測(cè)量手冊(cè)》、教科書(shū)《無(wú)機(jī)化學(xué)大綱》、科普書(shū)《化學(xué)學(xué)?！泛汀犊茖W(xué)的發(fā)展》、1100頁(yè)的專(zhuān)業(yè)巨著《電化學(xué)：歷史與理論》（奧斯特瓦爾德自認(rèn)是他最好的一本書(shū)，卻是他唯一未再版和未被翻譯的書(shū)）、紀(jì)念碑式的《奧斯特瓦爾德精密科學(xué)的經(jīng)典作家》叢書(shū)，發(fā)明了奧氏粘度計(jì)，發(fā)現(xiàn)了結(jié)晶過(guò)程的奧斯特瓦爾德規(guī)則和奧斯特瓦爾德熟化（陳化），等等。1909年由于催化及氨制硝酸方面的開(kāi)創(chuàng)性工作榮獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

1890年初夏他在熱力學(xué)研究中頓悟，轉(zhuǎn)向能量學(xué)和哲學(xué)研究，創(chuàng)立“唯能論”（1892），認(rèn)為能量是宇宙唯一實(shí)體，物質(zhì)是能量的表現(xiàn)形式，分子、原子和離子只是數(shù)學(xué)虛構(gòu)，反對(duì)原子論，遭致玻耳茲曼、普朗克等人的激烈批評(píng)，被列寧譏為“偉大的化學(xué)家和渺小的哲學(xué)家”。他出版《自然哲學(xué)講演錄》《自然哲學(xué)概論》《能量》、《能量命令》《價(jià)值哲學(xué)》等，發(fā)布“能量命令”（利用能量，切勿浪費(fèi)），給出“幸福公式”（H=k（E-W）（E+W）！式中H表示幸福指數(shù)，E表示完成工作時(shí)花費(fèi)的有用精力，W表示克服障礙時(shí)所耗費(fèi)的情力，k是能量過(guò)程轉(zhuǎn)化為心理過(guò)程的因子），探索天才心理，創(chuàng)造世界語(yǔ)Ido（伊多語(yǔ)）。他宣講“一元論”哲學(xué)，宣揚(yáng)無(wú)神論思想，反對(duì)基督教偽科學(xué)教義，推動(dòng)退出教會(huì)運(yùn)動(dòng)，與李卜克內(nèi)西一起參加群眾集會(huì)游行，被美國(guó)報(bào)紙罵作“惡魔之子”，被德國(guó)社會(huì)視為“赤色戰(zhàn)士”。他宣傳裁軍，反對(duì)戰(zhàn)爭(zhēng)，抨擊反猶太主義，推動(dòng)創(chuàng)建國(guó)際化學(xué)聯(lián)合會(huì)和歐洲聯(lián)邦，積極參與國(guó)際和平運(yùn)動(dòng)，呼吁人們采取國(guó)際主義與和平主義以及系統(tǒng)規(guī)劃保護(hù)自然資源與能源。他認(rèn)為“節(jié)能”是每個(gè)人必須履行的責(zé)任，戰(zhàn)爭(zhēng)是“最壞的能源浪費(fèi)”。有不少人認(rèn)為，奧斯特瓦爾德應(yīng)該獲得諾貝爾和平獎(jiǎng)。

由于興趣轉(zhuǎn)向，奧斯特瓦爾德于1906年夏天從萊比錫大學(xué)提前退休，此后作為“自由長(zhǎng)矛騎士”和“實(shí)踐的理想主義者”一直居住在萊比錫附近格羅斯伯登村他名之為“能量”的鄉(xiāng)間宅第（后來(lái)成為奧斯特瓦爾德檔案館）。此時(shí)他在分子實(shí)驗(yàn)事實(shí)面前，坦承自己的錯(cuò)誤，重歸原子論，但這并不妨礙他對(duì)能量學(xué)和唯能論的孜孜不倦的追求。1910年后他致力于顏色學(xué)研究，創(chuàng)立與音階對(duì)應(yīng)的定量的和諧的奧斯特瓦爾德顏色理論和表色空間，使“顏色的世界從屬于測(cè)量和數(shù)目的控制之下”。出版有《奧斯特瓦爾德色譜》（1920）等。奧斯特瓦爾德希望自己的顏色學(xué)研究能獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，這種想法絕對(duì)是有道理的。

奧斯特瓦爾德是一名杰出的教師。正如他的英國(guó)學(xué)生唐南（唐南平衡的提出者）所說(shuō)，“當(dāng)你遇到困難時(shí)，他總有解決的辦法；當(dāng)你沒(méi)有困難時(shí)，他總能給你新的思路”，范特霍夫也回憶“只要他了解或發(fā)現(xiàn)某種新東西，他就立即具有把它轉(zhuǎn)達(dá)給其他人的欲望”，他善于把新思想普及到學(xué)術(shù)界或公眾之中，吸引并造就了一大批才華橫溢的學(xué)生，其中有現(xiàn)代化學(xué)理論的奠基人、美國(guó)最偉大的化學(xué)教育家路易斯，熱力學(xué)第三定律的創(chuàng)始人、對(duì)電化學(xué)作出卓越貢獻(xiàn)的德國(guó)科學(xué)家能斯特，發(fā)明貝克曼溫度計(jì)、發(fā)現(xiàn)貝克曼重排反應(yīng)的德國(guó)化學(xué)家貝克曼，等等。在1946年由130多位美國(guó)一流化學(xué)家參加的評(píng)選中，奧斯特瓦爾德的三位美國(guó)學(xué)生路易斯、諾伊斯、理查茲名列六大最有影響的化學(xué)教師之中[4]。此外，他的次子C·W·W奧斯特瓦爾德也是世界著名化學(xué)家、膠體化學(xué)的創(chuàng)始人之一。

奧斯特瓦爾德是一位真正的伯樂(lè)。他是第一個(gè)對(duì)阿倫尼烏斯的電離學(xué)說(shuō)公開(kāi)表示支持的學(xué)者，認(rèn)為阿倫尼烏斯開(kāi)創(chuàng)了“離子化學(xué)”新時(shí)代。他也是最先對(duì)美國(guó)數(shù)學(xué)物理學(xué)家吉布斯的熱力學(xué)三部曲論文表達(dá)贊賞并翻譯推介的學(xué)者，認(rèn)為吉布斯“從內(nèi)容到形式賦予物理化學(xué)整整一百年”。1850年第一個(gè)提出質(zhì)量作用定律、開(kāi)創(chuàng)化學(xué)動(dòng)力學(xué)定量研究的德國(guó)物理學(xué)家威廉米也是在1888年才被奧斯特瓦爾德發(fā)現(xiàn)的[5]?？梢哉f(shuō)，吉布斯、阿倫尼烏斯、范特霍夫等人的工作都是經(jīng)他之手才廣為人知的。自然，這位伯樂(lè)也有眼光失準(zhǔn)的時(shí)候。愛(ài)因斯坦在最困難的境地曾慕名兩次去信求助于他，但都沒(méi)有得到任何回信，愛(ài)因斯坦的父親隨后也私信替兒子求助，也還是沒(méi)有回音[6]，留下一段歷史的遺憾。

奧斯特瓦爾德具有強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感和使命感，一生思考關(guān)心人類(lèi)社會(huì)的未來(lái)，渴望把自己的學(xué)識(shí)貢獻(xiàn)給一切有益于人類(lèi)的事業(yè)，服務(wù)于人類(lèi)文明的進(jìn)步。他熱情奔放，寬宏大度，不慕虛榮。他和玻耳茲曼展開(kāi)尖銳持久的論戰(zhàn)，但仍一直保持朋友的關(guān)系，并在1900年成功說(shuō)服萊比錫大學(xué)聘請(qǐng)當(dāng)時(shí)因論戰(zhàn)而處于困境的玻耳茲曼為教授，后來(lái)還由衷地稱玻耳茲曼是在科學(xué)事業(yè)中“比我們都更敏銳更認(rèn)真的人”。他毫無(wú)保留地支持青年學(xué)者的工作和發(fā)現(xiàn)，還謙虛地聲言：“在科學(xué)史的一定時(shí)期，我的名字是和范特霍夫、阿倫尼烏斯連在一起的，但這并不等于在發(fā)現(xiàn)的意義上我們有同等的位置，范特霍夫是我們中間最杰出的，他無(wú)疑是我們的領(lǐng)袖”[7]。

奧斯特瓦爾德不愧是“高級(jí)萬(wàn)能博士”和“天才綜合體”，他生命不息，思想不止，筆耕不綴，一生著書(shū)45部、論文500篇（一說(shuō)著書(shū)77部、論文300多篇[5]）、評(píng)論5000篇，創(chuàng)編雜志6種。1927年出版了三卷本1200頁(yè)的文化史巨著《生命線·自傳》（他把頭兩卷題獻(xiàn)給德國(guó)青年、第三卷題獻(xiàn)給德國(guó)人民），彌留之際還寫(xiě)下了他的最后一部著作《歌德·先知》（1932）。

1932年4月4日一個(gè)星光閃爍的春夜，奧斯特瓦爾德在萊比錫去世，終年79歲。他的學(xué)生唐南這樣評(píng)價(jià)：“在他的一生中，新思想沒(méi)有一刻不在他的頭腦里噴涌，他的流利的筆鋒沒(méi)有一刻不在把他洞見(jiàn)到的真理傳播到光亮未及之處。他的一生是豐富的、充實(shí)的、成功的，他盡可能最大限度地使用了他的旺盛的能量?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]李醒民.奧斯特瓦爾德：科學(xué)家、思想家、實(shí)踐家[J]自然辯證法通訊，1988，10（3）：57-70

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[3]盛根玉.物理化學(xué)“三劍客”縱橫談[J]化學(xué)教學(xué)，2011，（8）：63-67

[4]張藜.萊比錫學(xué)派的特點(diǎn)及其對(duì)物理化學(xué)的貢獻(xiàn)[J]自然科學(xué)史研究，1996，15（2）：151-160

[5]王智民，韓基新.第一門(mén)邊緣學(xué)科物理化學(xué)的形成及學(xué)科特點(diǎn)[J]黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，1992，9（3）：100-107

[6]楊建鄴.物理學(xué)家的故事[M]武漢：武漢出版社，2006：24-26

[7]馮地衡.第一位諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者——范霍夫[J]. 成都師專(zhuān)學(xué)報(bào)，1989，（2）：58-61