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实用主义是美国的哲学思想，但它根植于一种源于欧洲且更为古老的思想，即经验主义。虽然尼采、柏格森和胡塞尔等人物凭借自己无所不包的一元论、教条式的解释理论（威廉·詹姆斯肯定也会这么定义）在20世纪的最初几年里声名远扬，但仍然有许多科学家完全无视他们的言论和思想，专注于自己的研究。这标志着整个20世纪思想的分裂。虽然哲学家尽力想适应科学，但科学却径自前行，几乎从不回头观望，也不受哲学家的干扰，对批评和表扬都无动于衷。在20世纪的第二个五年里这样的情形最为明显，因为在几大硬科学领域都完成了艰难的奠基工作。（这里的“硬科学”有两层意思：第一，它们在智力上是非常困难的挑战；第二，研究内容涉及现实的理性问题，即现象的物质基础。）与尼采等哲学家形成鲜明对比的是，这些科学家专注于实验，并以此构建理论。虽然这些理论只涉及可观测宇宙中非常有限的方面，但这并不妨碍他们的研究结果具有广泛的相关性——如果大众接受这些结果的话。而事实也的确如此。

对于这种相较哲学而言更为有限的认识方法，其最好的例子发生在1911年3月7日傍晚的英国曼彻斯特。我们能了解该事件的详情，还得感谢詹姆斯·查德威克（James Chadwick），当时他还是个学生，但日后将成为著名的物理学家。当晚，曼彻斯特文学和哲学学会召开了一次会议，与会听众大多是市里的知名人士——他们都是聪明人，但算不上专家。这样的夜晚通常由两三个不同的主题讲座组成，3月7日也不例外。一位当地的水果进口商首先发言，叙述了他如何惊讶地从一堆牙买加香蕉中发现了一条稀有品种的蛇。接下来的演讲交给了曼彻斯特大学的物理学教授欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford），他向在场听众介绍的内容堪称整个世纪最有影响力的思想之一：原子的基本结构。很难说在场有多少人真正理解了卢瑟福的观点。他告诉听众，原子由“电荷集中在中央一点的核心，以及周围环绕着的、呈均匀球形分布的等量相反电荷”组成。这听上去枯燥无味，但对卢瑟福的同事和学生而言，这是他们听到过的最令人振奋的消息。詹姆斯·查德威克后来说他毕生都铭记着这次会议。他写道，这“对当时还是愣头青的我们来说是最震撼人心的成就……我们意识到这显然就是真理，绝不会错”。[384]

卢瑟福的革命性观点中透露出的自信其实并不总是那么明显。在19世纪90年代后期，卢瑟福已经发展了法国物理学家亨利·贝克勒尔（Henri Becquerel）的观点。反过来，贝克勒尔的观点则来源于威廉·康拉德·伦琴（Wilhelm Conrad Röntgen）发现的X射线（我们已经在第3章中讨论过）。贝克勒尔和他的父亲和祖父一样，都是巴黎自然史博物馆的物理学教授。受到这些由荧光玻璃发出的神秘光线的吸引，他决定研究其他能够发出“荧光”的物质。贝克勒尔的经典实验出自一次意外，当时他不小心将一些铀硫酸钾洒在一张相纸上，并把它在抽屉里锁了几天。当他重新查看相纸时，发现这些铀盐在相纸上留下了图像。在没有任何自然光接触相纸的情况下，这种显影必然是由铀盐造成的。贝克勒尔由此发现了自然发生的放射现象（radioactivity）。[385]

正是这一结果吸引了卢瑟福的目光。卢瑟福在新西兰长大，他身材敦实，满脸饱经风霜，嘴里总是叼着一根烟，特别喜欢一有机会就大声唱出赞美诗里的词句，其中《信徒精兵歌》是他最喜欢的一首。他于1895年10月来到剑桥大学，很快就开始致力于一系列旨在阐述贝克勒尔结果的实验。[386]当时已知的天然放射性物质共有三种，分别是铀、镭和钍。卢瑟福和助手弗雷德里克·索迪将注意力着重放在了钍这种能够释放放射性气体的元素上。在分析了钍释放的气体后，卢瑟福和索迪震惊地发现，这些气体是完全惰性的——换句话说，这些气体已经不是钍了。这怎么可能呢？索迪后来在回忆录中描述了他们当时的兴奋之情。他和卢瑟福逐渐意识到，他们的结果“传达出一个惊人而必然的结论，即钍元素自发地嬗变成了（化学惰性的）氩气！”这次实验是卢瑟福许多重要实验中的第一个：他和索迪发现了放射性元素的自发分解过程，堪称现代形式的炼金术，其意义非常重大。[387]

然而这还只是冰山一角。卢瑟福还观察到铀或钍在衰变过程中会释放出两种辐射。较弱的那一种被他称为“α”辐射，以后的实验显示，α粒子（alpha particles）实际上是氦原子，因此带正电。另一方面，较强的“β辐射”（beta radiation），由带负电荷的电子组成。卢瑟福说，电子“在各方面都酷似阴极射线”。这样的结果太振奋人心了，卢瑟福也因此在1908年年仅37岁时便被授予诺贝尔物理学奖的殊荣，此时他已经搬出剑桥，先到加拿大，后来又返回英国，在曼彻斯特大学担任物理学教授。[388]截至当时，他把自己的全部精力都投入了对α粒子的研究中。他的理由是，因为它比电子要大得多（电子几乎没有质量），所以也更有可能与物质发生相互作用，而这种相互作用显然对进一步的理解是至关重要的。只要他能设计出适当的实验，α粒子甚至有可能告诉他关于原子结构的信息。他说：“我从小就把原子看作一个精密而坚硬的家伙，根据个人喜好，可以是红色的，也可以是灰色的。”[389]这种观点在他还在加拿大时已开始改变，在那里他已经表明α粒子通过一个狭缝后投射出的粒子束可以在磁场的作用下发生偏转。所有这些实验都是通过非常基本的设备进行的，而这正是卢瑟福实验方法的美妙之处。然而在他对设备进行优化后，下一个重大突破产生了。在他所进行的多次实验中，有一次他用极薄的云母（一种很容易自然碎裂成薄片的矿物）盖住了狭缝。卢瑟福放在他实验的狭缝中的云母片非常之薄，厚度只有约三千分之一英寸，理论上至少α粒子能够通过。这些粒子确实通过了，但通过的方式却与卢瑟福此前的预期有所出入。当喷射结果被相纸“收集”并显示出来时，图像的边缘显得很模糊。卢瑟福能想到的只有一个解释：其中一些粒子发生了偏转。这一点是明确的，但真正让卢瑟福兴奋不已的是偏转的幅度。从他的磁场实验中他知道，要诱发轻微的偏转也需要强大的磁场。然而相纸上的结果表明，一些α粒子的偏转角度甚至达到了两度。这只有一种解释。正如卢瑟福自己所说：“该物质的原子一定蕴含着非常强烈的电力。”[390]

科学的发展并不总像人们想象的那样一帆风顺，而卢瑟福的这一发现虽然令人惊叹，也没有自动通向进一步的见解。相反，有一段时间里，卢瑟福和新助手欧内斯特·马斯登顽强地继续着对α粒子行为的研究，把它们喷洒在金、银、铝等各种材质的薄片上。[391]然而他们并没有取得什么显著的发现。但卢瑟福有了一个主意。一天早晨他来到实验室，“大声询问”马斯登是否可以将粒子束以一定的角度轰击金属薄片（他仍然记着那些偏转结果）。最容易想到的起始角度是45度，马斯登也是这么做的，而轰击的对象是金箔。这个简单的实验“动摇了物理学的根基”。它是“一个崭新的自然面貌……揭开了新的现实层面，发现了新的宇宙维度”。[392]以45度角进行轰击时，α粒子没有穿过金箔——而是以90度角反弹到硫化锌屏幕上。“我很清楚地记得当我向卢瑟福报告结果时的情景，”马斯登在回忆录中写道，“我在通向他房间的台