热力学之父: 凯尔文

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。

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，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着名的格拉斯哥大学，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，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。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数授。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，有条有序地思考，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”，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一篇。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教授写的《太阳系的次序与现象》一书，书中写到天文学大师开普勒的生平，“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……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，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!”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”，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”。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地减少。当他在二十八岁时，发表热动力理论时，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。我越了解水的特性，越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。凯尔文静静地坐在台上，静静地听，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，偶然地进化产物，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-273oC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，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年至一八九五年问，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》4章18节)