正文 第二十七章 相对论和量子论(2)

量子论的创立:普朗克爱因斯坦

量子论在许重的方面与相论有所不同。几乎每一人听说相论他的创立者A.爱因斯坦,但有科少数非科(他不是科,就是科感兴趣。)知量子论。,几乎每一涉及物理某一方面的人(不仅是物理,包括化,文,生物化,分子生物,冶金等)在他各的工中经常应量子论及其果。在方面,广义相论远远不望其项背。量子论不仅广泛渗透许科中,且相论一,使我的科思科哲生了根本变革。相论量子论的革命很早就被人认识,但两者长间处在理论革命阶段。

量子论的展经历了三主阶段:古典量子论(普朗克,爱因斯坦,玻尔,索未菲,康普顿),量子力(德布罗意,薛定谔,海森伯,约尔丹,玻恩)及最新的相论量子力或量子场论,前两阶段均被视革命。实,物理感很难找足够有力的言词表述量子革命的深度广度。W.维斯考普夫(1973,441)认,"M.普朗克现量子一壮举,…创立了一门最富果的科,是科最具革命的展"。他补充说,在普朗克做现的三十年间,"我关物质特行的知识生了广泛深远的变革",历史很少有哪期与相比。P.戴维斯(1980,9)写:"本世纪初,关物质的量子论的现导致科哲生了一场革命"。他指,"耐人寻味的是,历史几次最伟的科革命在很程度不被一般人所注意",他认是由"革命所蕴含的摧枯拉朽力几乎超了人的像——一甚至超了科革命本身。"(p.11)

量子论通常被视创立1900年,一年,普朗克表了他的"量子"的概念。普朗克不像爱因斯坦五年所做的那,他有涉及光或辐相互的程。他探讨的仅仅是容器壁振动粒子的量换黑体辐问题。他通研究现,量的换是跳跃的方式进行的,与量值hv有关,的h是普朗克首次引入的界的普遍恒量。正T.S.库恩所指的,普朗克在1900年仅仅了的假定:够频率v振动的振荡体(有形体,非太振动)的总量是由一组与它的频率正比的单元量子的集合。与的光量子概念相比,假定是非常克制的。光量子概念则指,光是有一具有确定质的分立实体组的,每一实体(即光量子)具有的量hv。

我很容易理解普朗克什有,哪怕是设进一步做更实质的假设:光是由分立的粒子或量球"组的"。首先,的假设他的黑体辐公式说并不必;其次,是更重的,它与19世纪建立的最完善的物理分支——-光有着不调的矛盾冲突。由麦克斯韦,赫兹及其他人建立的光理论表明,光(各电磁辐)是一波动现象,在空间传播程中始终振荡着,显与所谓的分立粒子的概念是绝不相容的。实,爱因斯坦五年公布他的光量子假说,它本身就包含着概念的困难。因按照假说,光量子的量取决光的频率,光的频率又是通测定波长换算的,测定波长必须使"干涉"技术,恰恰是几十年前波动光理论赖建立的实验基础。

普朗克谈他胆建立量子概念说,是"孤注一掷的行动"(佩斯1982,370)。按照佩斯的说法,他的推理"是疯狂的",但"疯狂却是神圣的","有最伟的划代的人物才神圣的疯狂引人科"。精神使他做"一次伟的观念的突破",我代的物理与全部经典物理区分;精神一非常保守的思"改造一有些犹豫不决的革命者"。尽管普朗克通常被描绘一违背己意愿,被迫迈通向量子论关键一步的物理,但他在许场合却流露爱因斯坦他己工所体现的革命的由衷称赞。他爱因斯坦相论极尽赞辞(见霍尔顿1981,14),他在一次谈话中说:"新的思维方式……远远高理论科研究,甚至知识论研究所取的任何就"。普朗克说,"相论引的一场物理观念的革命,在深度与广度有哥白尼体系引的文革命与相比"。普朗克在诺贝尔奖授奖仪式所的讲演中说,"量子是一虚构的量,辐定律的全部推导是虚构的,不是空洞毫无意义的算术游戏;辐定律的推导是正确的物理概念基础"。他解释说,果是者,那量子将"在物理中根本的"。原因是,它"是一崭新的,前所未闻的物,它求从根本修改我从牛顿莱布尼兹在一切因果关系的连续基础,创立了微积分的全部物理概念"。在篇演讲中,谨慎的普朗克在谈己的工,有明确使"革命"术语。爱因斯坦充分认识普朗克在创全新的物理程中的位贡献。1918年,爱因斯坦推荐普朗克诺贝尔奖候选人,表彰他"奠定了量子论的基础,丰富了全部物理,在近年表现尤明显"(佩斯1982,371)。

M.玻恩在皇院普朗克写的悼词中,描述了1900至1905年整知识界的疾风暴雨势。玻恩"毫不怀疑"普朗克有关"量子的现",是"堪与伽利略牛顿,法拉麦克斯韦创的科革命相媲"的一件。他在早些候曾写,"量子理论追溯1900)年,那一年,普朗克宣布了他的量子或量子一革命概念"(196,l)。他宣称,件"科的展是决定的",因此,"它通常被视经典物理现代或量子物理的分水岭"。但玻恩(1948,169;171)提醒我说,不轻率接受所谓"普遍承认"的观点,即"普朗克做伟现的1900年,标志着物理新纪元的真正",因"在新世纪的最初几年,几乎什情有生"。玻恩又说,"正是我生的候,我记在课堂很少提及普朗克的观点。即使偶尔提了,是一理所应被抛弃的昙花一现的假说。"玻恩特别强调爱因斯坦的两篇论文(分别写19051907)的重。是,尽管玻恩宣称1900年"普朗克已转入别的研究领域",但他"绝有忘掉他的量子"。1906年普朗克所写的一篇关热辐的论文表现了一点,篇论文"巧妙展示了导致量子假说的一步骤,给人极深刻的印象"(玻恩1948,171)。

爱因斯坦在创相论革命的年代,量子论做了根本的贡献,充分说明了爱因斯坦的伟处。在1904年一篇关统计物理的论文中,爱因斯坦首次提量子论。1906年,他再次统计力主题进行了研究,建立了今所谓的"固态量子论"。更重的是,正是他在1905年3月撰写的论文标志从普朗克潜在的革命思真正的科革命的转变,尽管是处在理论革命阶段。1905年论文包含两根本的假设:一是,光或"纯"辐在空间传播程中,它被构由分立的单的粒子或球(量子)组;另一是,物质在辐或吸收光(或任何形式的电磁辐)的程中,是同的量子形式进行的。些假说不仅同普朗克1900年的假说相甚远,构一场彻底的转变,且与普遍接受的物理理论有着根本的冲突。佩斯(同)认,项工已"爱因斯坦物理最具革命的贡献";它"推翻了关光物质相互的全部现存观念"。我已经,爱因斯坦本人特别他的项现描述"革命的"。

爱因斯坦1905年3月的论文题"关光的产生转化的一启观点"。"heuristic"一词在物理中很少使,它主是在哲教育中使,意思是某假定(或说法)现解释有一定的帮助,但不必它真。按理说,爱因斯坦应该在1907年那篇相论的论文《狭义广义相论浅说》(1917,英译本1920)中再次使词汇,但他有做。他所在论述光的论文中引进词,原因是他提了一并不存在的粒子概念解释光的部分已知现象。光的波动说是19世纪物理取的最伟的就一,并且被光的干涉实验所证实。克莱因援引别人的话说,爱因斯坦(克莱因1975,118)显是在提议"物理放弃光的电磁波理论",是"麦克斯韦的电磁场理论全部19世纪物理取的最伟的胜利",除此外,爱因斯坦的假说有任何实际意义。因此,爱因斯坦提的是临的假说。

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