运动的原子

19世纪90年代后期，维也纳是政治和科学激烈争论的大本营。当时薛定谔正值学生时期，先是聘请私人家教，之后在1898年进入久负盛名的文理高中（Akademisches Gymnasium）就读，两个关键人物路德维希·玻尔兹曼（Ludwig Boltzmann）和恩斯特·马赫（Ernst Mach）即将出场，帮助塑造他的知识生涯，二人均参与了当时关于原子真相的激烈争论。

1894年，玻尔兹曼被任命为维也纳大学理论物理学科的主任，作为统计力学（当时名为气体动力学说）的创始人之一，他已经名声赫赫。统计力学是将微小粒子的运动与温度、体积及压力变化等大规模的热力学效应结合的物理学领域。为应用他的技术，他需要假定每一种气体都是由大量极小的物体构成的，即原子和分子。

玻尔兹曼的成就使物理学中的热力学炙手可热，吸引了许多年轻的研究员到维也纳与他并肩工作。物理学家莉泽·迈特纳、菲利普·弗兰克和保罗·埃伦费斯特能踏上成功的事业之路，都得益于他们的博士生导师玻尔兹曼的指导。薛定谔也受到了玻尔兹曼的启发，想着等以后上了大学，与玻尔兹曼一起做研究工作。

尽管有这些成就，恩斯特·马赫的到来却打破了玻尔兹曼的平静。1895年，马赫加入了维也纳大学，受聘为“归纳科学哲学”部的主任。马赫指出，玻尔兹曼缺乏足够的实验证据，他选择了与原子论和玻尔兹曼理论对立的原则立场。他争论说，热力学应该基于现有感知和直接测量，如热流动。他从哲学框架中提取出实证主义，反对抽象知识，坚持所有命题都需实证支撑的观点。原子论与宗教信仰摆在一起，他更倾向于站在他所看到的科学严谨、直接感官证据这一边。

马赫写道：“如果原子世界中信仰如此重要，那我就与物理学家的思考方式断绝关系，我不想成为这样地道的物理学家，我宣布放弃所有对科学的尊重——简单来说：我婉拒满是信仰的团体。我更想要思想的自由。”[4]

马赫不仅将他带刺的逻辑指向了玻尔兹曼，即便对于最受人尊崇的物理学家，一旦发现谁的立场与感官证据分离，他也会将矛头指向谁。他大胆地批判了牛顿力学中的一条基本原则：通过与名为“绝对空间”的抽象参考系的关系判断惯性（静止或匀速）状态的概念。彼时，牛顿享有近乎至圣的地位，尤其是在英国。但牛顿的惯性概念是建立在抽象基础上的，而这正是马赫怀疑的那一类科学。

马赫在对牛顿惯性定义的争议中提到了旋转水桶的思维实验，它是牛顿为了证明需要绝对空间时臆造出来的。下面是他的主要论点：想象一下，将一个水桶装上水，装到近乎桶沿的位置，拴上绳子，吊在树上。然后小心翼翼地转动水桶，直到绳子拧不动为止。抓牢水桶，静等桶内的水平静下来，水面平静后放开水桶。水桶开始旋转。从上往下看桶内，你会发现水也搅动起来——水面变成了一个逐渐变深的凹陷。那是因为惯性使得水要流出来。但由于无法流出桶外，外围就升高了。再观察桶的内部，忽略外部，你或许会好奇为什么水会形成凹面。相对于水桶来说，水应该是静止不动的啊。只有参照外部参考系（牛顿称其为绝对空间），凹面才能讲得通。牛顿断言，水相对于绝对空间的旋转导致表面被重塑了。

马赫提出了异议，指出并不存在实验性证据证明存在所谓的绝对空间。更有可能的是，存在一个不明的拉力作用于水，比方说来自遥远恒星的聚合影响。就如月球的牵引导致潮汐一样，或许多个恒星组合起来的质量从一定程度上导致了惯性。后来爱因斯坦将这个想法命名为“马赫原理”。在研究相对论的过程中，这个原理给了他启发。

马赫对牛顿的批判刺激了对力学的重新思考——最终也将有助于爱因斯坦研究相对论。然而他对玻尔兹曼原子论的攻击，造成的后果非常惨痛。由于玻尔兹曼情绪容易激动，加之身体健康状况也每况愈下，1906年在的里亚斯特与家人度假时，他上吊自杀了。