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撰文 | 亨利·罗兰

翻译 | 王丹红

审译 | 王鸿飞

责编 | 陈晓雪

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王丹红在LIGO 中央总控室，科学家示范引力波动

译者的话

2016年2月11日，激光干涉引力波天文台（LIGO）执行主任、加州理工学院教授大卫·瑞兹（Dave Reitze）向世界宣布：科学家们第一次直接探测到引力波的存在！

这是科学史上一个伟大的里程碑。

顷刻间，华盛顿发布的引力波新闻席卷世界，《纽约时报》、《华盛顿邮报》、《科学》杂志、中国新华社等各大媒体同步报道。而我，一个曾经做过12年科学报道的记者，距离这场新闻飓风的中心近在咫尺：从我家到华盛顿州汉福德LIGO天文台不到15英里，20分钟车程。六年前，我和当时上小学二年级的女儿曾经参观过汉福德的LIGO装置及控制中心。

2016年3月14日，爱因斯坦137周岁诞辰日。为庆祝LIGO的发现、爱因斯坦生日和广义相对论100周年，3月12日，华盛顿州汉福德的LIGO和当地社区共同组织庆祝活动，一千多位本地居民参观了LIGO。

站在中央控制室聆听科学们的演讲演示，走在沙漠旷野中两个互相垂直、臂长达4000米的激光干涉探测器旁，我陷入沉思：1916年，爱因斯坦预言了遥远宇宙深处的黑洞融合所发射出的引力波，2015年9月，现代科学探测器直接收到了源于这次黑洞并合的引力波！那么，爱因斯坦伟大的思想究竟从何而来？科学家们为何用等了100年的时间才证实这个预言？

我在美国《科学》杂志上读到两篇经典科学文献。

一篇是美国科学物理学会第一任会长、约翰霍普金斯大学物理教授亨利·奥古斯特·罗兰（Henry Augustus Rowland，1848-1901）于1899年10月28日在纽约所作的会长演讲——《物理学家的至高追求》（The Highest Aim of the Physicist）！（点击文末“阅读原文”可查看罗兰演讲英文原文）罗兰在演讲中介绍了19世纪物理学的伟大成就以及当时最前沿和最深刻的问题，这正是现代量子力学和相对论的前夜，爱因斯坦的伟大发现正是站在19世纪伟大的科学家们的肩上。

另外一篇是美国电气工程师协会主席、电气工程师约翰·约瑟夫·卡悌（John Joseph Carty, 1861-1932）1916年9月8日在第33届协会年会上所作的演讲——《纯科学与工业研究的关系》（The Relation of Pure Science to Industrial Research）。读完这篇文章，我开始明白，在直接证明爱因斯坦预言的过程中，物理学家为何花了整整100年的时间发明新仪器新工具新方法。

科学事业的进步从来都是建立在人类伟大心灵的思想、品格和勇气之上，他们承前启后，拓展人类知识的疆界！今年4月16日，是亨利·罗兰逝世115年，今年也是约翰·卡悌的经典演讲发表100周年（知识分子将于近期推出该演讲译文），将两篇经典演讲翻译为中文，既为了感怀这些伟大的科学家的精神、远见卓识和成就，也期望为今天中国科学和社会发展的努力提供借鉴！

——王丹红

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

美国物理学会会长亨利·罗兰演讲全文

物理学家的至高目标

The Highest Aim of the Physicist

先生们、美国物理学界的同仁们：

今天，我们这里聚会，标志着美国物理学历史上一个新时代的来临；未来会告诉人们，它也将成为科学发展历史上的一个纪元，我们组织物理学会的目标正是为了促进和培育科学的发展！今天，我们为了所有科学之上的科学（指物理学）在这里相聚。这门科学涉及到宇宙的基础，组成宇宙中所有事物的物质，以及在以太空间中组成宇宙的各个部分的物质之间的相互作用，尽管这些物质可能相距甚远，以至于无论科学未来如何发展，我们也许永远都无法穿越这样的距离。

致力于将生命奉献于解答与物理学相关的问题的我们今天相聚，是为了互相帮助并共同推进我们所热爱的学科的发展。这一学科强烈地吸引着我们人类优秀的头脑，物理学的科学问题将穷尽人类智力的极限并揭示出人类所能达到的最为庄严和高贵的思想。

今天，在这个人生而平等被曲解为人类在其它方面也平等的国家，我们组成了一个不大而独特的团体，正如一位伟大的科学家所言，我们是一个新的人类群体（new variety of the human race）。这一群体对什么构成人类生命最伟大成就的看法，与我们周围的其他人们大为不同。在这个意义上，我们组成了一个新型的贵族阶层，它既不是基于财富，也不是基于血统，而是基于知识和理想。它对那些为人类知识做出最多贡献增加的人，或者那些将为人类增加知识作为至善而尽力追求的人，致以最崇高的敬意。

因此，我们相聚在一起，是为了在精神上相互支持，交流知识。这样做的时候，让我们尽量怀着感激之心看待对我们自身甚至对科学可能带来的益处。最重要的是，让我们认识到，我们的追求是高贵的，这一感觉足以支撑我们在这个世界生存。尽管这个世界并不欣赏研究极其纯粹和优雅的物理——这正是成立本学会要做的，而极为赞赏将纯粹物理用于满足物质上的需求而不是人类知识上的需求的行为。在一个原本长草的地方种出更多的草，他是人类的恩人；但是那些在默默无闻艰苦探索找出种出更多草生长规律的人才是拥有智慧的最高者，是这二者中更伟大的恩人。

从这个意义上讲，我们国家处于什么样的位置呢？我今天的答案和十五年前仍然一样：这个国家的大量智力仍然被浪费在追求仅为满足我们的物质需求的实用科学（Practical Science）上，而很少有精力和金钱被用在吸引我们的智力的庄严的事业上。不过，今天你们在这里也证明，这种状况不会永远持续下去。

即使在过去，我们也仍然有一些科学家在世界范围内得到人们的赞誉。弗兰克林，通过几个简单但影响深远的实验，几乎革命性地改变了电学；伦福特伯爵，他的实验几乎揭示了热的本质；亨利，如果他发表了更多完整的研究结果，会对物理学的发展做出更大的贡献；迈尔，他的简单而天才的实验是快乐之源，许多人受益于此。这个名单上的是我所能提及的那些业已过世的、曾经为科学的发展做出某些贡献的（美国）科学家。这份名单记录了超过百年的成就。如果记录的是做出过有用或有益的（美国）发明的人，这份名单将大为不同！

但我知道，当我注视前人的面孔时，我看见的是热切地追求智慧和崇高目标的面容和充满青春活力和力量的躯体，因此书写百年历史的作者不能因此而责备我们的国家。我们也不能责备前人。科学的每一个进步都向我们展示了它成长的环境。如果被隔离在半开化的土地上，很少有人会有欲望或机会追求更高深的科学。即使他们有能力这样做，他们在科学上的影响力也取决于他们所发表了是什么，什么为世界所知。

可以想像，一个隐居的哲学家也许会做出许多有用的发现。但如果他只是自己保存这些发现，他就绝不可能声称对世界有过任何贡献。他未发表的成果只是他个人的收获，除非他用有力的语言引起人们对这些结果的关注，并让世界相信它们的真实性。

因此，为了促进科学的进步，我们能做的最好事情就是为了科学的利益相聚在一起，讨论问题、评判彼此的工作，最好是提供方法，将工作中的最优秀部分介绍给世界。更进一步，让我们鼓励区别对待我们的思考和工作。让我们铭记伟大思想被引进我们学科的年代，让我们赞美那些引进这些思维并证明其正确性的伟人！永远不要将接受愚蠢观念当作人类平等，小心谨慎地给予更伟大的人们更大的认可。所以，在选择将从事的研究学科时，让我们尽可能从事那些最终能够带来更先进知识的重要领域。我深知，我们并不总是能做到这样；我们的想法常常会流向旁门左道；但是，在有关宇宙的伟大问题的面前，我们有时应该也可以朝着这伟大的目标尽自己所能。

什么是物质？什么是引力？什么是以太（ether）和穿越其间的辐射？什么是电和磁？这些东西怎么联系在一起、它们与热的关系是什么？这是宇宙中更为重要的问题。但是，在我们能够推测这些问题的解决方案之前，还有无数多的小问题需要我们攻克！

在我们面对这些大问题时，我们的态度是什么？我们的知识基础是什么？

牛顿和他之后的一大批天文学家们业已证明：在行星距离尺度上，物质之间相互吸引的力与它们距离的平方成反比。但是，关于这一定律我们有什么证据呢？这些证据源于天文学家们对行星轨道的观测。这一定律在浩缈太空的尺度上（与观测数据）很好地吻合，但是，这一定律对更小的距离也适用，其证据在哪里呢？我们测量月球与地球的距离、地球的大小，并将月地之间的引力与地球表面的重力进行了比较。但是，为了这样做，我们还必须先比较地球与太阳的物质。实现这一点，我们只能假设引力定律已被证明。而且，正如在卡文迪许扭秤实验（Cavendish experiment）展示的，从地球引力到两个小物体的重力，我们假设引力定律成立，并以此推断出按照我们的质量单位，地球的质量是多少。这样，当我们说，地球的质量是相同体积水的质量的5.5倍时，我们假定重力定律就是牛顿的引力定律。因此，行星距离尺度的定律在地面尺度上得到证明在物理上是不可能的。

再者，定律中关于质量的部分说一个物体受另外一个物体的吸引只和这两者的质量有关，换句话说，不受第三个物体的影响。但是，我们之前给出的在天平的不同位置测量物体的重量，为此给出的脆弱证明，在更大的尺度上是行不通的。当我们将太阳一撕两半，并且证明每一半的引力是整体的一半，也许才会有一个值得一提的证明。

对引力和时间的关系，我们又知道些什么呢？我们能否在灵光乍现时假设空间中高速运行的两个物质间的引力保持不变？我认为不能。我们也不能接受拉普拉斯的证明认为引力在穿越太空之时瞬时发生作用，因为我们可以轻而易举地想象一些拉普拉斯未曾料到的（空间）补偿特性。

在两百年多年的观察中，我们那时对这一定律的认识是多么的少啊！

对物质本身，我们的认识发生了怎样的变化，这些认识又是如何一直在变化。牛顿时代认为只有上帝才能将其击碎的圆圆的坚硬的原子，变成由众多原子组成的分子，原子很灵活，如此一来，即使在振动十万次后其振幅也鲜有任何减弱。原子变得很复杂，它们振动时能引起数千种音符的变化。原子会时不常地带电，与这样的系统相比，行星系统甚至整个宇宙系统也会显得过于简单。不仅如此，我们中的一些人甚至声称，牛顿认为只有上帝才具有的能力，将原子击成更小的碎片的能力只是幻想。现在，那些无知地嘲笑物质研究是对材料的粗糙研究的人在哪里呢？那些有上帝一样的天赋和高贵的思想、号称能够攻克和解决这些问题的人又在哪里呢？

所有物质具有两种性质：引力和惯性。没有这两种特性，物质将不复存在。最伟大的自然法则说：引力与物质质量成正比。毫无疑问，这个几乎被物理学家们所忽略的牛顿定律无疑具有最为重要和最深远的意义。这是否意味着所有物质最终都是由均匀和相似的 “太初原子”（primordial atoms）构成？或者，我们能找到其它解释么？

从结晶学中以及物质作用于光的偏振面的旋转的事实，我们知道构成物质的分子不是圆形的。

从电解现象，气体在真空管中的行为，以及塞曼效应（Zeeman effect），我们知道组成物质的分子甚至原子的是部分带电的。

从铁、镍和钴的磁性作用中，我们知道有一些物质像小磁铁。

光谱显示，物质具有弹性；塞曼效应表明，物质的振动部分携带有电荷。

因此，在这里，我们的问题已经开始，但是距离完整的答案到底还有多远？仅仅从聚集的原子出发，我们怎样才能想象由普通的或者“太初原子”所构成的材料？对于这些永远在我们的视线之外，几乎无时无刻都在振动、在绝对零度之上所有温度范围以无休止的能量忽此忽彼运动的原子分子，目前我们已经有如此的了解，这不能不说是理性和想象力的壮举。这当然是人类理性和想像的一个壮举！在这些结果的鼓励下，我们切勿沉思徘徊，要向着未来的新发现不断向前推进。

至于电，琥珀中飘忽不定的精灵，那个伸出贪婪的手臂将可触及的轻的物体抓获的妖怪，那个能够轻而易举地在金属中奔跑却会被脆弱的一片玻璃轻易阻挡的流体！它到哪里去了？消失了，被扔进了被抛弃的理论的垃圾堆，取而代之的是更为高贵的和崇高的关于以太空间作用的理论。

这样我们又开始思考另一个伟大实体——以太：它无限填充了所有空间，我们想象相距遥远的两部分物质间只能通以太才会产生相互作用。我们想象通过以太宇宙中的每个原子通过引力、磁力和电子作用与其它原子相结合而且我们猜想，以太将每个原子或分子间的振动运动传递到空间，然后消失在无尽的辐射中，传递进浩瀚苍穹或是被恰好途中碰到的其它原子吸收。通过以太传递摩檫过的琥珀之间的微弱吸引的所有电磁能量，来自尼亚加拉的电线的数千马力电能，以及一直从太阳的辐射洪流中流来的巨大能量。从分子距离上的微弱作行星作用，到行星间和星际间，直至连接整个宇宙的巨大距离上的强大作用，都存在于这个奇妙的以太之中。

然而，无论以太多么奇妙，它遵从的法则却远比复杂的物质简单。以太中的所有波，无论其长度和强度如何，都会以熟知的规律以同样的速度传播，从这些波在带电物质中的源到宇宙所包含的整个范围中都不会改变，其能量也不会减少，除非被所存在的物质所扰动。这些波如何彼此穿过，都不会在传播过程中相互干扰。

因此，关于引力，我们并没有任何证据表明第三个物体的存在会影响两个物体之间的相互吸引，或者第三个电量的存在会影响另外两个电量之间的相互吸引。磁相互作用也如此。

因为这些原因，当我们把条件限定为真空，引力、电磁作用包括辐射在内的法则是自然界中最简单的法则。但这些作用在含有物质的空间中会变得越来越复杂。

将以太置于巨大的静电力、磁力或引力下，我们发现以太绝对没有被破坏或者发生性质的改变。让以太在太阳一样的炙热的物体的作用下振动，让它在每平方英尺的表面传导几千马力的能量，它也静静地遵从同样不变的法则，就像是在传递动物油脂做成的蜡烛微弱能量一样。

对一毫米的以太加上几千甚至上百万伏的电压，我们也看不到对以太产生任何破坏。

因此，以太的特性是绝对的简单，并且导致最简单的自然规律。所有在一定距离上的作用力，总是遵从与距离的平方成反比的规律，而且任何数量的物体与附近物体的吸引力等同于这些物体被分开时的吸引力的算术叠加。前文提及的关于以太波的简单定律也同样简单。

到目前为止，通过麦克斯韦（Maxwell ）的辛勤工作，以及赫兹（Hertz）和其他人工作的补充下，我们得出一个普遍规律，即以太中的所有波扰动本质上都是电磁的。我们知道以太的扰动很少或者不会只通过单纯的物质运动来建立：这个物质必须带电，从而保证它能在以太中与以太传递物质的运动。塞曼效应甚至显示：就分子而言在振动周期巨大时的情况也是如此，电流的磁性作用实验也显示了同样的结果。将一个运动中的圆盘充电，圆盘就像会紧紧抓住以太并且拖动以太随其运动一样，从而产生我们所知道的所谓磁力的特定的以太运动。 

当一个像地球般巨大的重量质量绕着自己的轴心线旋转时，我们不是看到了另一个类似的自然现象吗？难道不是物质的弱作用将以太抓住从而足以产生地球的磁场吗？

然而，洛奇（Lodge）的以太牵引实验探测显示，这种作用必然非常微弱。如果他在实验中采用了旋转的带电圆盘，他的实验也许不就成功了吗？

长久以来，物理学家们的一个伟大愿望是探测依赖于以太和物质相对运动的某种现象。但我们总是发现，除了一个可能的例外，总会有一些补偿特征导致我们的努力无用。这个实验就是所谓光行差实验，但即使在这里斯托克斯（Stocks）的研究也表明也：对这种现象有两种可能的解释：第一，地球穿越以太运动但并不扰动以太；第二，即使地球牵引以太运动，以太也绝不会转动。然而，即使在这里，作用量的大小可能取决于光源相对于接收望远镜的相对运动。

因此多普勒原理依赖于这一相对运动，并且独立于以太。

傅科（Foucault）关于光线通过流动的实验结果，也不能解释为以太跟随流水的部分移动。这是一个源自不完美理论的推论。洛奇（Lodge）的实验试图通过一个飞速旋转的圆盘来引发以太运动，也没有得到任何以太运动的结果。

迈克尔逊（Albert Abraham Michelson，1852-1931，美国物理学家，1907年成为美国第一位诺贝尔物理学奖获得者）实验是为了探测以太风，尽管其测量已经做到极度的准确，但这个实验仍没有探测到任何物质和以太的相对运动。

但是，携带电荷的物质会紧紧地抓住以太以磁力作用的方式随之运动。

带电体在太空中共同运行或互相参照时，我们只能通过非常缓慢且匀速度来跟踪它们的相互作用。当它们的运动速度可与光速相比较，等同于光速或者超越光速时，没有实验的指引，我们只能通过我们的想象力来计算它们间的相互作用或带电体对以太的作用。汤姆森（J. J. Thomson）、赫维赛德（Oliver Heaviside，1850-1925， 英国物理学家、电气工程师）、赫兹的结论都是想象力的结果，他们或多或少都是依靠理性假设，但终归是假设。数学研究总是遵循知识的守恒定律：我们得出的结论永远不会超出引入的前提条件。知识可能会改变其形式，以更清晰或更精确的方式被陈述，但是所得到的自然知识的总量和开始的时候是一样的。因此，我们永远不能预测超过我们更能够达到的速度之外的结果。对此我们应该记住的教训是对阴极射线的速度计算总是具有极大的不确定性。

的确，在涉及精确知识时，这种限制将更为严重。

当我们在听到物理学家或者其他人不断地提出超越这些极限，会发生什么样的情形呢？以速度为例，比方说当物体在以光速运动时。没有任何一种已知的过程能够达到这样的速度，即使物体从无限远落向宇宙中最大的物质聚集体。如果它还像阴极射线一样带电的话，物质的性质会因为电磁特性的叠加而被彻底改变。

年轻物理学家常常会犯的一种错误，是倾向于将在一定限度内的特定实验的曲线或者数学表达式应用到限定的范围之外。这种做法有时被称为外推法（extra-polation）。倘若使用时不够小心谨慎，这一过程将不再是一个推理的过程，而只会在外推范围过大的时候成为一种很容易导致失误的纯粹想象。

但是，我的目的不是阐述过多细节。我已经讲到的足以表明在我们所涉足的领域，我们知之甚少。

这一事实很奇怪：我们的思维指向无限、我们的想象力不受时间和空间的限制，但我们精确的知识却如此之有限。在时间上，我们局限于几百年或几千年的时光：我们的科学发展的时间更是远为短暂。在空间上，我们精确的知识局限于我们地球的部分表面、以及在表面之下一英里左右的范围，加上通过强大的望远镜所能看到的空间所获得的微乎其微的了解。在温度方面，我们的知识范围在绝对零度附近直到太阳的温度，但精确的知识仍然相当有限。在压力方面，我们能从仍含有无数飞行的原子的克鲁克斯（Sir William Crookes，1832-1919, 英国化学家物理学家）真空到最硬的钢的强度。即使如此，我们所获得的压力范围与地球和太阳中心的压力相比，仍然微不足道；在地球或太阳的中心，即使最硬的铁也会像清水一样地流动。在速度方面，我们局限于每秒几英里。在力的强度方面，我们大概能达到每平方英寸100吨。在机械转动方面则是到每秒几百转。

在我们所考虑到的所有事实中，无论走向何方我们都有可能犯错，我们思维的推理能力会有弱点，实验和观察见证会容易犯错和不可靠，所以科学家们对他们所告知的声明或任何引起他注意的知识会持以怀疑的态度。相比于历史上的其他知识，我们科学中的事实和理论远为具有确定性。那些知识包括通常的历史中的事实或者法律证据中以之为根据的普通人的证言，或者我们生病时所相信的药物的价值，以及普通人信以为真并以之指导自己信念和生活行为的所谓的整套真理。与这些相比，如果我所谈及的物理学知识不够完美如果是正确的话，看起来将是一件不祥和奇怪的事情。如此之下，我们应该如何矫正我们的思维呢？我所知道的唯一的方式是避免通常的或者所谓法律的思维的非此即彼的思维方式。从来没有绝对的真理或者绝对的谬误。科学的思维从来不应该认可所谓理论或者观测是完美的真理或者彻底的错误。它应该仔细地衡量每一个理论或观测中真理和谬误的可能性，并将其在绝对真理和绝对谬误之间的线上的恰当位置进行评分定级。

普通的粗糙思维只有两个隔间：一间装真理，另一间装谬误；令人悲哀的是：绝大多数情况下，这两个隔间常常是混淆不分的；然而，理想的科学思维却有无数的隔间。每个理论或定律都有其适当的位置，并且各自标明其作为真理的概率。当一个新事实来临时，科学家就会将定律从一个隔间移到另一个隔间，如果可能，始终将之置于真理与谬误关系中的恰当位置。因此，电的流动性质曾经距离真理一步之遥，法拉弟（Faraday）和麦克斯韦的研究促使我们现在将之置于绝对谬误的附近。

如此这般，行星间的万有引力定律（the Law of Gravitation）距离绝对真理只有一步之遥，但是，在它向绝对真理的道路更为向前一步之前，应该还有可修正之处。

因此，理想的科学思维必须在微弱的新证据面前向前或者向后一步的问题上保持一种平衡状态。这是一种持久的怀疑态度，清楚知道没有什么是完全确定的。总而言之，这是一种对于所有科学事实和理论的一种不可知论，这对于其他的信仰和理论也是如此。

当然，如果就此推理得出结论认为我们并不需要根据我们获取所拥有知识的方法来指导我们的生活，则是愚蠢的。大自然是铁面无私的；它对一个小孩因无知而跌入悬崖的处罚，等同于它对一个成熟科学家跨越悬崖的处罚，尽管这位科学家完全明白落体定律及其正确的机率。两者都步入深渊，他们的下落符合无机物体的引力定律，尽管肌肉的扭曲会轻微地改变下落的过程，但这绝不会因为坠落者事前的信仰有任何改变。在这一点上，自然法则严格而不可改变。了解自然法则就会受益：我们可以利用它们来为自己谋福利、让它们成为我们愿望的奴隶；错误理解自然法则，它们就是魔鬼，会把我们撕成碎片或磨成尘埃。在此没有任何东西与信仰有关，它们坚定不移，我们必须认识理解它们，否则就得承受其后果。我们唯一的途径是按我们认知正确法则的机会行事。如果我们正确行动就万事大吉，如果我们错误行动，我们则会蒙难。如果我们无知，我们就会死亡。还有谁比声称“信仰没有后果只是因为它是真诚的”的人更愚蠢的呢？

唯一的孩子，被宠爱的妻子，因病躺在床上。医生说，这是一种致命性的疾病；一种名为微生物的微型植物进入他们的身体，消耗身体的组织得以生长，在血液中形成致命的毒素或摧毁其它重要的器官。医生看着病人却无技可施。每天，他来看望并记录病人体力的衰减，病人一天天衰弱直到步入坟墓。为什么医生会允许这种事情发生？是否有一种药物可以杀死或消灭这种微生物？医生为什么不用这种药物呢？我们请医生来治病，但他却治不好这病。就因为他尽了自己最大努力并提供了治愈的可能，我们还得愉快地为此付账。

答案是“无知（ignorance）”。

治疗的药物还属未知。医生正等待其他人来发现新方法，或者他正在用粗糙和不科学的方式尝试寻找治疗方法。如果他的推测不正确，那么世界岂不是一直在为错误的人支付费用？如果在过去，恰当的钱被用于消灭这些无知，这些无知是否会消失？有人认为这种死亡是上帝的安排。这是对上帝的亵渎。因为这是由于我们自己和我们的先人的自私，没有建立足够的医学研究机构，没有足够的方法来发现真理和事实。这种死亡无异于谋杀。

所以，现在这一代人在承受祖先们的罪，我们死去是因为我们的祖先将他们的财富用于陆军和海军，用于愚蠢的、装腔作势的仪式、排场，却没有为我们提供自然法则的知识。从这个意义上讲，他们是尚未出生的未来一代的强盗和谋杀者，让本应和平快乐的世界成为恐怖阴森的地狱。他们对自己正在做的事情的无知是他们的借口，但这个借口将他们置于粗野之人和野蛮人的行列，这些人只按自己的愿望行事，既不合理性也不尽天职。让我们这一代人引以为戒，不再承受这样的责难，因为他们不能再以无知作为借口。

我所给的这个例证来自医学领域，因为所有人都能理解它。但所有的科学都是相互关联在一起，而且必须协调一致前进。人类的身体本身就是一个化学和物理问题，在我们能战胜疾病之前，这些科学必须进步。

但是，对物理学怀有真爱的人在工作中并不需要这样的激励。治愈疾病是一个非常重要的目标，没有谁比一个将自己生命奉献于疾病治疗的人更高尚！

然而，物理学家的目标部分属于纯粹的智力；他致力于认识宇宙，这种智力乐趣源于追求，但真正支撑他持之以恒的源动力是：他知道对自然秘密的研究是命定的方法，通过这种方法人类最终会获得最大的利益和幸福！

这个城市、这个国家，不，这个世界最伟大的实验室在哪里？我们看见这儿或那儿有一些惨兮兮的建筑物，一些饥肠辘辘的教授们在里面高尚地尽他们最大努力使用他们可怜巴巴的工具工作。但是，在这个世界上，哪里有这样的纯粹科学领域的研究机构年度预算可达一亿美元？在世界的哪个地方，纯粹科学的发现者所获得的报酬比一个日工或厨师的薪水更高？然而，每年１亿美元的经费，只相当于每年用于一支专门杀人的陆军或海军的费用。仔细想想吧，用这笔钱的百分之一用于拯救我们的孩子和后代免于疾病的痛苦甚至死亡，对很多人来说这也算是花费太多！

但是，二十世纪已经临近，难道我们不期望在二十世纪结束前出现更美好的事情？难道我们不希望在这个方向上影响公众？

让我们对我们所追求的尊贵事业充满信心，走向未来；让我们高昂着头，在追求真理的时候怀着纯良之心，愿美国物理学会现在和未来的几代人能够在解答宇宙的构成和规律的伟大问题上尽到我们的责任。

——亨利·A.罗兰

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附：

罗兰的职业生涯与美国的物理学发展

撰文 | 王丹红

2016年4月16日，是美国物理学会创始人及第一任会长、约翰霍普金斯大学第一任物理系主任亨利·奥古斯特·罗兰逝世115周年纪念日。

今年2月11日，激光干涉引力波天文台（LIGO）的科学家们向世界宣告： 人类第一次直接探测到引力波，证实了爱因斯坦100年前的预言！也许，这是物理学家们对他们伟大的前辈学者最好的纪念。

1899年5月20日，36位物理学家聚集在纽约哥伦比亚大学物理系，创立美国物理学会，旨在“促进物理学知识的传播”，时任约翰霍普金斯大学物理系主任罗兰当选为会长；同年10月28日，在纽约召开的美国物理学会大会上，罗兰发表首次会长演讲——《物理学家的至高目标》。他在演讲中谈到了当时物理学研究的最前沿：物质组成、电磁作用、引力作用以及以太空等，这些真知灼见预示了二十世纪初量子力学和相对论物理的诞生。同年12月8日出版的美国《科学》杂志全文刊发了这篇演讲。

1976年，为庆祝美国建国200周年，美国物理学出版特刊《美国伟大的物理学家选集》（Selected Papers of Great American Physicists），罗兰的两篇经典文献入选，其中一篇就是他在1899年的演讲。美国物理学会在选集中对这篇文献的评价是：“在量子力学和相对论带来的物理学革命前夜，这个演讲对物理学进行了综述，并总结了物理学家自己（及他们的使命）。今天看来，罗兰的形象几乎具有精英主义的傲慢，但是，正是他这样的情感将美国物理学提升到今天高度专业化水平。”

时任美国物理学会长威廉姆·福勒（William A. Fowler）在特刊前言中写道：“今天的美国物理学位居世界首位，但从前并不是这样的……本特刊所发表这些伟大的美国物理学家的经典论文，展示了美国物理学从殖民时代到20世纪初期的崛起！”

今天，人们习惯于将罗兰、迈克尔逊（Michelson）和吉布斯（Gibbs）列为十九世纪最伟大的三位美国物理学家。事实上，十九世纪末，在国际科学界享有崇高威望的美国物理学家仅罗兰一人而已。

罗兰作为物理学家的生涯，也是美国物理学发展从经典步入现代的一个典型例子。

亨利·罗兰住宅 ，带地下室的三层小楼；1975年，被列入美国国家史名录（ National Register of Historic Places），宣布为“国家历史地标”（ National Historic Landmark）

1848年，罗兰出生在宾夕法尼亚州洪斯代尔镇，父亲是当地长老派教会的牧师。成长过程中，罗兰显示出对科学的偏爱，他拒绝学习传统经典。17岁时，家庭做出让步，罗兰进入位于纽约州的伦斯勒理工学院读书。大学期间，他立志成为迈克尔 ·法拉第一样的科学家。1870年，也就是大学毕业两年后，罗兰重返伦斯勒理工学院，成为一名物理系助理教授。教学之余，他将所有的时间用于导磁性研究。

尽管罗兰是他所在时代最伟大的的物理学家之一，但是，他的天赋最初并没有在美国获得认可。在他的导磁研究论文投稿因审稿人看不懂，遭到《美国科学期刊》（ American Journal of Science）拒绝后，他将论文寄给英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦。麦克斯韦被这项工作感动，当即推荐发表在伦敦出版的《哲学杂志》（Philosophical Magazine）。这样，罗兰这颗物理学新星在欧洲科学的天空升起，但他在自己的国家仍籍籍无名，这种状况一直持续到1875年。

1875年，时任加州大学校长丹尼尔·科伊特·吉尔曼（Daniel Coit Gilman， 1831-1908），应邀筹办约翰霍普金斯大学。约翰·霍普金斯（1795-1873）是美国从事商业和投资的百万富翁，1870年，他在遗嘱将700万美元的财产平均为两份，分别用于创办一所医院和一所大学。吉尔曼矢志要按德国模式创建第一所美国研究型大学！筹建期间，他用了一年时间研究大学的组织构建并寻找杰出的教师和学者。当他来到欧洲，拿着一份名单请麦克斯韦建议谁是物理学教授的最佳人选时，麦克斯韦立即指出：亨利·罗兰！

27岁的罗兰愉快地接受了出任新大学物理系主任的邀请。上任前，他被派往欧洲考察和学习研究型大学和先进的物理实验室建设，并购买仪器。1876年，在德国柏林停留期间，罗兰在物理学家赫尔姆霍茨的实验室实现了一个他早已构思但因条件缺乏而未做的精确实验，这个基础性的实验中证明了带电旋转运动圆盘产生磁场的效应。在之后的一系列研究中，罗兰在1880年首先讨论了麦克斯韦电磁理论中的运动不对称性问题，先于赫兹（Hertz）、赫维赛德（Heaviside）和洛伦茨（Lorentz）等人在相关方面的研究，这一重要问题于1905由爱因斯坦提出的相对论理论所解决。罗兰若不是在1901年英年早逝，他一定会为几年之后出现的相对论和其后基于精确的光谱学实验测量而发展出的量子理论而兴奋不已。

自1876年至1901年的25年里，罗兰一直担任约翰霍普金斯大学物理系主任。他最伟大的成就之一是研制出可精确测量光谱的曲面光栅，在现代物理、化学和天文学中发挥了基础性作用，这一设备为全世界的实验室所使用；在他的直接指导下，他的学生霍尔（Edwin Hall）在其博士论文工作中发现了磁电“霍尔效应”。

罗兰一直立志于提升美国在基础和纯粹科学研究方面在世界上的地位。1883年，罗兰发表了代表美国科学独立精神的不朽演讲——《为纯科学呼吁》（A Plea for Pure Science）。“我时常被问及这样的问题：纯科学与应用科学究竟哪个对世界更重要？为了应用科学，科学本身必须存在。假如我们停止科学的进步而只留意科学的应用，那么，我们就很快会退化成中国人那样，多少代人以来，他们都没有什么进步，因为他们只满足于科学的应用，却从来没有追问过他们所做事情的原理，这原理就构成了纯科学。”（《科学新闻》2005年第5期 总第295期）

1890年，结婚后不久的罗兰得知自己患有当时是不治之症的糖尿病。为了给自己的家庭提供足够的未来支持，他转向电信技术的发明和专利申请。他也期望为物理学的未来事业留下遗产。在逝世前两年，他积极推动创办美国物理学会（APS），并出任其第一任会长。

“纯科学与应用科学，究竟哪个对美国的未来更为重要？”经过漫长的一个世纪的起伏跌宕，科学家们给出了历史性的回答。LIGO直接探测到引力波，这是人类第一次通过非常精确的测量技术，实现了直接探测引力波、证实了爱因斯坦100年前预言，开启了引力波天文学的时代。这是一个穿越星际、跨越百年、并且超越了美国科学疆界的人类故事！

回望现代科学百年历史，从麦克斯韦、罗兰 、爱因斯坦、迈克尔逊等等科学家，再到今天为引力波探测做出重要贡献的几千位科学家、工程师， 正如罗兰所说：“在这个意义上，我们组成了一个新型的贵族阶层，它既不是基于财富，也不是基于血统，而是基于知识和理想。它对那些为人类知识做出最多贡献的人，或者那些将为人类增加知识作为至善而尽力追求的人，致以最崇高的敬意！”

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