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愛因斯坦之后物理學(xué)的狀況及其革命性因素
（作者未知） 2009/7/28
愛因斯坦是本世紀(jì)初物理學(xué)學(xué)革命的巨人。海森伯在談到愛因斯坦的貢獻(xiàn)時說，他“有點像藝術(shù)領(lǐng)域中的達(dá)芬奇或者貝多芬，愛因斯坦也站在科學(xué)的—個轉(zhuǎn)折點上，而他的著作率先表達(dá)出這一變化的開端；因此，看來好像是他本人發(fā)動了我們在本世紀(jì)上半期所親眼目睹的革命。”的確，從1905年的“幸運(yùn)年”年到1916年廣義相對論論文“標(biāo)準(zhǔn)版本”的發(fā)表，愛因斯坦在兩個研究方向上奠定了20世紀(jì)物理學(xué)的基礎(chǔ)。一是不變性原理的研究，最終創(chuàng)立了狹義相對論(1905年)和廣義相對論(1915年)。二是統(tǒng)計理論的研究，其結(jié)果導(dǎo)致布朗運(yùn)動理論(1905年)、分子大小測定法、光量子假設(shè)（1905年）、首次固體量子論(1907年)、光的波粒二象性(1907年)以及導(dǎo)致激光發(fā)現(xiàn)的A、B系數(shù)(1916年)。最后，在1925年，他完成了另一主要創(chuàng)造性工作，即獨立于德布羅意的關(guān)于物質(zhì)波粒二象性的假設(shè)。指明不變原理和統(tǒng)計漲落這兩個別出心裁的研究方向，乃是愛因斯坦“前不見古人，后不見來者”的杰作。在1916年之后，這兩個方向合二而一，成為愛因斯坦探索統(tǒng)一場論的指南。
愛因斯坦向來謙虛謹(jǐn)慎，虛懷若谷。他一生勇于批判，勇于探索，勇于創(chuàng)新，從來也沒有躺在功勞簿上高枕而臥。他經(jīng)常以萊辛(G．E．Lessing)的至理名言自勉：對真理的追求要比對真理的占有更為可貴。他反對別人為相對論的成就大叫大嚷，也反對把相對淪看作是物理學(xué)理論的頂峰。愛因斯坦認(rèn)為：“我們關(guān)于物理實在的觀念決不會是最終的。為了以邏輯上最完善的方式來正確地處理所感覺到的事實，我們必須經(jīng)常準(zhǔn)備改變這些觀念——也就是說，準(zhǔn)備改變物理學(xué)的公理基礎(chǔ)�！彼�說：“然而為了科學(xué)，就必須反反復(fù)復(fù)地批判這些基本概念，以免我們會不自覺地受它們支配。在傳統(tǒng)的基本概念的貫徹使用碰到難以解決的矛盾而引起了觀念的發(fā)展的那些情況下，這就變得特別明顯。”在這種思想的指導(dǎo)下，愛因斯坦曾多次表示，他的理論絕不是完美無缺的終極理論，它們將來一定會被其他更完善的理論來代替。
本世紀(jì)20年代量子力學(xué)建立以后，狹義和廣義相對論與量子理論相結(jié)合，一直是理論物理學(xué)發(fā)展的堅實基礎(chǔ)。半個世紀(jì)以來，這種結(jié)合不斷發(fā)展和深化，也不斷接受科學(xué)實驗的檢驗。一方面，實驗事實充分證明相對論和量子力學(xué)在其有效范圍內(nèi)是可靠的理論；另一方面，實驗研究和理論進(jìn)展表明，它們也遇到了一些難以解決的反常問題，其中一些問題是帶有根本性的和革命性的，似乎難以容納在相對論和量子力學(xué)的框架內(nèi)。因此，在相對論和量子力學(xué)還處于興盛時期的今天，汲取這些理論的真理性的內(nèi)容，克服它們所面臨的疑難，進(jìn)一步探索自然界的奧秘，就已經(jīng)提到當(dāng)代物理學(xué)家的議事日程上來了。在這里，我們擬就當(dāng)代物理學(xué)的現(xiàn)狀和革命趨勢，簡要地作一點不甚全面的述評。
狹義相對論誕生以后，人們就一直設(shè)法做實驗來驗證它。1958年，有人改進(jìn)了邁克耳孫-莫雷實驗，得到了“以太風(fēng)”小于地球軌道速度的1／1000的結(jié)論。后來利用穆斯堡爾效應(yīng)，測得“以太風(fēng)”的速度為1.6±2.8米/ 秒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于期望值(30公里／秒)。這既是對狹義相對論的驗證，也證明根本不存在19世紀(jì)的作為電磁場載體的以太。尤其明顯的是，從宇宙線的探測到高能加速器以及對撞機(jī)的應(yīng)用，幾乎高能物理實驗的各個方面都要涉及狹義相對論效應(yīng)，可是隨著加速能量的不斷提高，現(xiàn)在已經(jīng)確認(rèn)在小到約為一個質(zhì)子半徑百分之一的距離內(nèi)，沒有觀測到狹義相對論的破壞。有人進(jìn)行了靜止光子質(zhì)量的實驗及光速測定的實驗，還有人進(jìn)行了大量有關(guān)運(yùn)動介質(zhì)的電動力學(xué)實驗和直接檢驗尺縮鐘慢的相對論效應(yīng)實驗，甚至有人用高速噴氣飛機(jī)上的原子鐘驗證運(yùn)動時鐘變慢的效應(yīng)。所有這些實驗都表明，無論在微觀尺度還是在宏觀尺度，還沒有發(fā)現(xiàn)狹義相對論有破壞的跡象。但是，這一切并不意味著狹義相對論就毋庸置疑了，就沒有進(jìn)一步探討的必要了。情況完全不是這樣。盡管狹義相對論的具體結(jié)論得到了實驗驗證，但是只要它的兩個邏輯前提——相對性原理和光速不變原理——未有確鑿的實驗證據(jù)，它們就仍然帶有假設(shè)成分和“先驗”性質(zhì)。愛因斯坦在提出這兩條原理時也是意識到這一點的。例如，他在1922年就光速不變原理寫道：“相對論常遭指責(zé)，說它未加論證就把光的傳播放在中心理論的地位，以光的傳播定律作為時間概念的基礎(chǔ)。然而情形大致如下：為丁賦予時間概念以物理意義，需要某種能建立不同地點之間的關(guān)系的過程。為這樣的時間定義，究竟選擇哪一種過程是無關(guān)重要的�？墒菫榱死碚撝贿x用那種已有某些肯定解的過程是有好處的。由于麥克斯韋與洛倫茲的研究之賜，和任何其他考慮的過程相比，我們對于光在真空中的傳播是了解得更清楚的�！�
事隔60余年，這種狀況并沒有得到改變。在愛因斯坦提出光速不變原理時，已有的實驗只是說明在閉合回路中平均光速的不變性，而不是光速不變原理本身。能不（未完，下一頁）
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