克里斯蒂安·多普勒

凿不动石头的第三个儿子

萨尔茨堡马卡特广场一号是多普勒家的石匠作坊，1674 年传下来的家业。1803 年出生的第三个儿子体质太弱，干不了这行，家里便让他去念书。

这条路走得极不顺。1822 年他进维也纳理工学院，三年后以优异成绩毕业——随即发现自己没有文科中学的文凭，只好回萨尔茨堡的 Lyceum 从头补，一补四年。1829 年回维也纳当高等数学助教，四年合同到期，教席仍没有着落。他写论文、四处投教职，回音寥寥。

1834 年，三十出头的多普勒在布鲁克的一家棉纺厂当会计。第二年他变卖家产、办妥手续，准备移民美国。走到慕尼黑时，布拉格国立技术中学的聘书追上了他。

他后来能写出那篇论文，靠的是这次没走成的美国之行。

台下坐着五个人

1841 年他终于升上布拉格理工学院正教授。第二年，1842 年 5 月 25 日，他在波希米亚皇家科学学会宣读了《论双星及天空中另几类星体的有色光》。主持人是数学家波尔查诺，当天在场的正式会员——五位。

论证朴素得几乎不像物理学。他用的比方是船：

常识告诉我们，一艘吃水稍深、迎着涌来的波浪行驶的船，同样时间里挨到的浪头比停着不动、或顺波而行的船更多、也更猛。既然水波是这样，为什么空气波与以太波就不能这样？

关键的一步是把两样东西分开：波源每秒发出多少个波，是客观的；观者每秒接住多少个波，是主观的——而音高与颜色取决于后者。分开之后，那个至今仍常被忽略的结论才显出来。他写道：「从（1）（2）两式的差别可以看出，即使在这样相同的情形下，是观者在动还是波源在动，也绝非一回事。」

两页纸的代数，一条能用一辈子的式子。

他押错了宝

问题在于他真正想解释的东西，标题里就写着：双星的颜色。

当时的天文学里确实有这么一堆现象——星星的颜色各不相同，双星里常见一红一蓝的搭配，没人说得清为什么。多普勒认为恒星本色皆白，一颗趋近、一颗远离，颜色就分了家。他在论文第 10 节甚至预言：双星「会在每个公转周期里走遍太阳光谱的全部颜色」。

这段错得相当彻底。星光的颜色主要由表面温度决定，跟运动无关；而目视双星的轨道速度比地球公转还慢，每秒几十公里对着每秒三十万公里的光速，能改变的波长只有十万分之几——足够让谱线挪动，离改变肉眼可见的颜色却差着好几个数量级。

一年后，波尔查诺——正是那位主持人——在《物理年鉴》上写了篇短评，指出多普勒用的还是纵波以太，而菲涅耳与阿拉戈早已证明光是横波；何况单颗恒星也在运动，「本色皆白」这个前提本身就立不住。

于是这篇论文陷入一种很别扭的处境：推导是对的，应用是错的，而当时的人只看得见后者。

火车上的小号手

1845 年 2 月一个寒冷的清晨，刚在乌得勒支拿到博士学位的拜斯·巴洛把一批乐师装进敞篷车厢，开上乌得勒支通往马尔森的铁路。那天下起冰雹夹雪，号吹不成调，实验作废。6 月天暖时重来一次：拜斯·巴洛自己站在机车踏板上，车厢里的乐师持续吹同一个音，路边另一批乐师负责辨音——驶近时高约半音，驶离时低约半音。

有意思的是他的动机。拜斯·巴洛压根不相信恒星会因运动而变色，可他没办法拿光做实验，于是决定拿声音试一试。结果他既验证了声学的多普勒效应，又继续反对多普勒对双星的解释。两件事他都做对了。

六十个人的公开审判

1850 年 1 月 17 日，御旨任命多普勒出任维也纳大学新建的皇家物理研究所首任所长。四十六岁，这是他一生中第一个真正体面的位置。他没能坐满三年。

约瑟夫·佩茨瓦尔——今天在摄影史上以「佩茨瓦尔镜头」留名的那位——先是搅黄了多普勒在科学院提议设立的摄影术奖金，随后在 1852 年 1 月 22 日的院会上宣读了一篇批评多普勒理论的论文。5 月 21 日第二次开会辩论，来了约六十人。十年前听他第一次宣读的是五个人。

佩茨瓦尔的立场是：几行简单的代数里出不了大科学，自然现象都该是某个微分方程的表现。他据此提出一条「振动时间守恒原理」，并且混淆了两种截然不同的情形——波源与接收者相对运动，和两者都静止、一起泡在流动的介质里。他的论据是：一支调准了的乐队，刮风天听起来和无风天一样和谐。马赫后来评论说，多普勒会同意这一点；不过要是这支乐队正从高处坠落，听众听到的就会是 F 大调而不是 E 大调。

多普勒的回应只有一句反问：一个观测到的现象，若不能由微分方程导出，就要判它不存在吗？

10 月 21 日，科学院做最终裁决。多普勒已病得无法到场——肺结核缠了他多年，这场风波压垮了最后一点元气。多数人站在佩茨瓦尔一边，裁决的措辞是：该理论「必须放弃，因为它已被证明是错的」。十天后，所长职位正式转交给安德烈亚斯·冯·埃廷斯豪森。那时他已经在去威尼斯养病的路上。

1853 年 3 月 17 日，多普勒死于威尼斯，四十九岁。

台下那个修士

回到 1851 年的维也纳。研究所刚开张，所长亲自教实验物理，1851/52 冬季学期到 1852 年夏季学期是一门十学时的课。坐在下面的学生里，有一位从布尔诺修道院来进修的奥古斯丁会修士，名叫格雷戈尔·孟德尔。

孟德尔在维也纳学到的，是把现象一个一个数出来、用比例去说话的习惯。八年后他在修道院的菜园里数豌豆，数出了 3∶1。把遗传学的起点归到多普勒名下当然过头，但这两件事确实挨着：一门实验物理课，和一份让生物学第一次有了统计眼光的训练。

顺带说一句：常见的另外两种说法——孟德尔当过多普勒研究所的助教、多普勒当过他教师资格考试的考官——找不到可靠出处。孟德尔那两次教师资格考试分别在 1850 年和 1856 年，一次在他到维也纳之前，一次在多普勒去世三年之后。

平反是从继任者开始的

埃廷斯豪森不肯因为一个委员会宣布效应不存在就把它扔掉。几年后，他让自己的学生恩斯特·马赫造一台能直接演示声学多普勒效应的仪器。马赫做了个旋转簧片装置：气流吹响簧片，簧片随转臂时近时远，固定不动的听者就听见音调一升一降。佩茨瓦尔至死不认，还骂马赫年轻胡闹、拿前途去赌一个已被放弃的理论。马赫又造了一台更巧的——沿一个方向听是升降的音调，沿垂直方向听（簧片与听者相对静止）音高恒定，连佩茨瓦尔自己主张的「频率守恒」也一并演示了。

光这一头走的是另一条路。1848 年 12 月 29 日，斐索在巴黎哲学友爱会宣读了同样的理论。他并不知道多普勒的工作，却一眼看准了多普勒看漏的地方：该盯的是谱线的位移，不是整体颜色。法语文献至今把它叫作「多普勒–斐索效应」。1868 年 5 月，哈金斯向皇家学会报告了天狼星谱线的位移——他事先与麦克斯韦通信，麦克斯韦用刚建立的电磁理论确认多普勒的论证成立。哈金斯那批数值其实与测量误差同量级，说服力更多在心理层面；真正干净的证明是 1872 年福格尔用一台能把太阳东西两缘的光谱并排投影的分光仪做出来的：他量出的太阳赤道自转速度，与靠黑子算出的值对得上。

还有一件他没能看到的事。1847 年的一篇论文里，多普勒画了几张图，讨论波源速度超过波速时波前会成什么样——那是一个锥。四十年后，把这个锥算出来并拍下照片的人，正是马赫。

他生前听到的最后一句官方评价是「已被证明是错的」。今天，测星系的退行、查血管里的血流、抓系外行星、把原子冷到微开量级，用的都是那两页纸。