奧斯特瓦爾德——物理化學之父

摘 要：在物理化學學科的創建過程中，德國科學家奧斯特瓦爾德無疑居于突出重要的地位，他是這一新學科的領導者和集大成者。本文簡要介紹了奧斯特瓦爾德的成長經歷、科學成就、性格特點和趣聞軼事，以期引導學生在學習科學知識的同時，學習科學家矢志科學、胸懷社會、心系人類的高尚品格。

關鍵詞：奧斯特瓦爾德； 物理化學； 催化作用； 稀釋定律； 萊比錫學派

中圖分類號：G321.9 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2016）03-118-002

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

奧斯特瓦爾德1853年9月2日生于俄國拉脫維亞的首府里加，兄弟三人，家境貧寒，雙親是德國移民后裔，父親是制桶匠人，母親是面包師之女。奧斯特瓦爾德具有愛好繪畫的天性和制造器物的手藝，從小酷愛自然，喜歡鉆研，熱衷采集植物標本，觀察動物活動，捕捉螢火蟲、蝴蝶和甲蟲。10歲時進入一所五年制新型實科中學學習，閱讀了形形色色的書刊。11歲時他看到一本關于制作焰火的書，便自己摸索實驗，父母都很支持，父親專門騰出一間地下室給他做實驗室，母親把廚房的研缽、篩子、器皿借給他用，他自己則設法到建筑工地干零活、作貼花畫出售掙錢購買必要的藥品器材，經過反復試驗，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，使他體驗到莫大的喜悅和幸福，點燃了他童年的熱情，打開了他心靈的窗戶，照亮了他通向未來的道路。后來，他讀到一位農業化學家所著的《化學的學校》，這本教育杰作在他看來比他得到的什么東西都有價值，他盡情地品味書中的有趣實驗，盡可能地動手去做，而他當時還沒上過化學課哩。奧斯特瓦爾德還喜歡繪畫、音樂和文學，多方面的興趣分散了他的時間和精力，以致五年的課程他讀了七年才算勉強畢業，但還需補習半年俄語。在這半年里，他邊補習邊做家教，教幾個準備入中學的孩子，還用家教所得買了一臺縫紉機孝敬母親，樂得母親合不攏嘴。

1872年1月，奧斯特瓦爾德根據自己的興趣進入多帕特大學學習。在頭一年半，他沒有好好聽課，而是忙于里加大學生聯誼會的事務，組樂隊、拉提琴、畫風景畫、參加社交活動，落下不少課程。后來才總算覺悟，憑自學補上了刷掉的課程，并在施密特教授的指導下學習化學，在厄廷根教授的指導下攻讀物理，還找到一本斯涅爾的趣味教科書自學數學，進步很快，于1875年1月按期畢業，還發表了他的第一篇論文“論水在化學上的質量作用”。大學畢業后，他成為厄廷根教授的助手，致力于通過物理測量研究化學親和力，于1876年底以“關于親和力的體積化學研究”通過碩士學位，于1878年底以“體積化學和光化學研究”獲得博士學位，確立起自己在化學界的地位。1879年底受聘多帕特實科中學教數學和科學，并作為施密特教授的助手繼續其物理化學研究。1882年初受聘里加工學院化學教授，開始“化學動力學研究”的系列工作，通過反應速率、電導率測量繼續親和力研究，期間他設計了一種簡單有效、立即為許多實驗室普遍采用的著名恒溫器，考察了作為德國化學中心的萊比錫大學，出版了開創性的《普通化學概論》，先后拜訪了瑞典年輕人阿倫尼烏斯和荷蘭化學家范特霍夫，對他們的工作給予極大的肯定和支持，開啟了三人的友誼和合作關系，并著手籌辦《物理化學雜志》。

1887年9月，奧斯特瓦爾德回歸德國，出任萊比錫大學（圖2）物理化學教授，成為德國也是世界化學史上第一個名符其實的物理化學教授[4]，開始其學術生涯的黃金時期。在這里，他和范特霍夫（圖3）共同創辦了《物理化學雜志》（該刊的創刊標志著物理化學學科的正式誕生），團結吸引了一大批化學同行和青年學子，很快形成物理化學的萊比錫學派，并成為世界物理化學的教學和研究中心。1888年他提出稀釋定律和電離常數、溶度積概念，1891年提出酸堿指示劑理論，1892年提出熱力學第二定律的奧斯特瓦爾德說法（第二類永動機不可能實現），1894年出版使分析化學教學發生革命的《分析化學基礎》，1895年對催化和催化劑作出科學的解釋，1898年出版《接觸作用學說通史》，1902年出版《論催化作用》，他還將催化用于工業合成氨（1900）及由氨制硝酸（1906）。此外，他還出版了工具書《實用物理化學測量手冊》、教科書《無機化學大綱》、科普書《化學學校》和《科學的發展》、1100頁的專業巨著《電化學：歷史與理論》（奧斯特瓦爾德自認是他最好的一本書，卻是他唯一未再版和未被翻譯的書）、紀念碑式的《奧斯特瓦爾德精密科學的經典作家》叢書，發明了奧氏粘度計，發現了結晶過程的奧斯特瓦爾德規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創性工作榮獲諾貝爾化學獎。

1890年初夏他在熱力學研究中頓悟，轉向能量學和哲學研究，創立“唯能論”（1892），認為能量是宇宙唯一實體，物質是能量的表現形式，分子、原子和離子只是數學虛構，反對原子論，遭致玻耳茲曼、普朗克等人的激烈批評，被列寧譏為“偉大的化學家和渺小的哲學家”。他出版《自然哲學講演錄》《自然哲學概論》《能量》、《能量命令》《價值哲學》等，發布“能量命令”（利用能量，切勿浪費），給出“幸福公式”（H=k（E-W）（E+W）！式中H表示幸福指數，E表示完成工作時花費的有用精力，W表示克服障礙時所耗費的情力，k是能量過程轉化為心理過程的因子），探索天才心理，創造世界語Ido（伊多語）。他宣講“一元論”哲學，宣揚無神論思想，反對基督教偽科學教義，推動退出教會運動，與李卜克內西一起參加群眾集會游行，被美國報紙罵作“惡魔之子”，被德國社會視為“赤色戰士”。他宣傳裁軍，反對戰爭，抨擊反猶太主義，推動創建國際化學聯合會和歐洲聯邦，積極參與國際和平運動，呼吁人們采取國際主義與和平主義以及系統規劃保護自然資源與能源。他認為“節能”是每個人必須履行的責任，戰爭是“最壞的能源浪費”。有不少人認為，奧斯特瓦爾德應該獲得諾貝爾和平獎。

由于興趣轉向，奧斯特瓦爾德于1906年夏天從萊比錫大學提前退休，此后作為“自由長矛騎士”和“實踐的理想主義者”一直居住在萊比錫附近格羅斯伯登村他名之為“能量”的鄉間宅第（后來成為奧斯特瓦爾德檔案館）。此時他在分子實驗事實面前，坦承自己的錯誤，重歸原子論，但這并不妨礙他對能量學和唯能論的孜孜不倦的追求。1910年后他致力于顏色學研究，創立與音階對應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量和數目的控制之下”。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研究能獲得諾貝爾物理學獎，這種想法絕對是有道理的。

奧斯特瓦爾德是一名杰出的教師。正如他的英國學生唐南（唐南平衡的提出者）所說，“當你遇到困難時，他總有解決的辦法；當你沒有困難時，他總能給你新的思路”，范特霍夫也回憶“只要他了解或發現某種新東西，他就立即具有把它轉達給其他人的欲望”，他善于把新思想普及到學術界或公眾之中，吸引并造就了一大批才華橫溢的學生，其中有現代化學理論的奠基人、美國最偉大的化學教育家路易斯，熱力學第三定律的創始人、對電化學作出卓越貢獻的德國科學家能斯特，發明貝克曼溫度計、發現貝克曼重排反應的德國化學家貝克曼，等等。在1946年由130多位美國一流化學家參加的評選中，奧斯特瓦爾德的三位美國學生路易斯、諾伊斯、理查茲名列六大最有影響的化學教師之中[4]。此外，他的次子C·W·W奧斯特瓦爾德也是世界著名化學家、膠體化學的創始人之一。

奧斯特瓦爾德是一位真正的伯樂。他是第一個對阿倫尼烏斯的電離學說公開表示支持的學者，認為阿倫尼烏斯開創了“離子化學”新時代。他也是最先對美國數學物理學家吉布斯的熱力學三部曲論文表達贊賞并翻譯推介的學者，認為吉布斯“從內容到形式賦予物理化學整整一百年”。1850年第一個提出質量作用定律、開創化學動力學定量研究的德國物理學家威廉米也是在1888年才被奧斯特瓦爾德發現的[5]。可以說，吉布斯、阿倫尼烏斯、范特霍夫等人的工作都是經他之手才廣為人知的。自然，這位伯樂也有眼光失準的時候。愛因斯坦在最困難的境地曾慕名兩次去信求助于他，但都沒有得到任何回信，愛因斯坦的父親隨后也私信替兒子求助，也還是沒有回音[6]，留下一段歷史的遺憾。

奧斯特瓦爾德具有強烈的社會責任感和使命感，一生思考關心人類社會的未來，渴望把自己的學識貢獻給一切有益于人類的事業，服務于人類文明的進步。他熱情奔放，寬宏大度，不慕虛榮。他和玻耳茲曼展開尖銳持久的論戰，但仍一直保持朋友的關系，并在1900年成功說服萊比錫大學聘請當時因論戰而處于困境的玻耳茲曼為教授，后來還由衷地稱玻耳茲曼是在科學事業中“比我們都更敏銳更認真的人”。他毫無保留地支持青年學者的工作和發現，還謙虛地聲言：“在科學史的一定時期，我的名字是和范特霍夫、阿倫尼烏斯連在一起的，但這并不等于在發現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，他無疑是我們的領袖”[7]。

奧斯特瓦爾德不愧是“高級萬能博士”和“天才綜合體”，他生命不息，思想不止，筆耕不綴，一生著書45部、論文500篇（一說著書77部、論文300多篇[5]）、評論5000篇，創編雜志6種。1927年出版了三卷本1200頁的文化史巨著《生命線·自傳》（他把頭兩卷題獻給德國青年、第三卷題獻給德國人民），彌留之際還寫下了他的最后一部著作《歌德·先知》（1932）。

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

參考文獻：

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

[2]閆蒙鋼，慈潔琳.物理化學的奠基者——奧斯特瓦爾德[J]大學化學，2013，28（6）：71-74

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

[4]張藜.萊比錫學派的特點及其對物理化學的貢獻[J]自然科學史研究，1996，15（2）：151-160

[5]王智民，韓基新.第一門邊緣學科物理化學的形成及學科特點[J]黑龍江大學自然科學學報，1992，9（3）：100-107

[6]楊建鄴.物理學家的故事[M]武漢：武漢出版社，2006：24-26

[7]馮地衡.第一位諾貝爾化學獎獲得者——范霍夫[J]. 成都師專學報，1989，（2）：58-61