爱因斯坦之后物理学.doc

爱因斯坦之后物理学的状况及其革命性因素
李醒民(中国科学院《自然辩证法通讯》杂志社, 北京 100039)
爱因斯坦是本世纪初物理学学革命的巨人。海森伯在谈到爱因斯坦的贡献时说,他“有点像艺术领域中的达芬奇或者贝多芬,爱因斯坦也站在科学的—个转折点上,而他的著作率先表达出这一变化的开端;因此,看来好像是他本人发动了我们在本世纪上半期所亲眼目睹的革命。”的确,从1905年的“幸运年”年到1916年广义相对论论文“标准版本”的发表,爱因斯坦在两个研究方向上奠定了20世纪物理学的基础。一是不变性原理的研究,最终创立了狭义相对论(1905年)和广义相对论(1915年)。二是统计理论的研究,其结果导致布朗运动理论(1905年)、分子大小测定法、光量子假设(1905年)、首次固体量子论(1907年)、光的波粒二象性(1907年)以及导致激光发现的A、B系数(1916年)。最后,在1925年,他完成了另一主要创造性工作,即独立于德布罗意的关于物质波粒二象性的假设。指明不变原理和统计涨落这两个别出心裁的研究方向,乃是爱因斯坦“前不见古人,后不见来者”的杰作。在1916年之后,这两个方向合二而一,成为爱因斯坦探索统一场论的指南。
爱因斯坦向来谦虚谨慎,虚怀若谷。他一生勇于批判,勇于探索,勇于创新,从来也没有躺在功劳簿上高枕而卧。他经常以莱辛()的至理名言自勉:对真理的追求要比对真理的占有更为可贵。他反对别人为相对论的成就大叫大嚷,也反对把相对沦看作是物理学理论的顶峰。爱因斯坦认为:“我们关于物理实在的观念决不会是最终的。为了以逻辑上最完善的方式来正确地处理所感觉到的事实,我们必须经常准备改变这些观念——也就是说,准备改变物理学的公理基础。”他还说:“然而为了科学,就必须反反复复地批判这些基本概念,以免我们会不自觉地受它们支配。在传统的基本概念的贯彻使用碰到难以解决的矛盾而引起了观念的发展的那些情况下,这就变得特别明显。”在这种思想的指导下,爱因斯坦曾多次表示,他的理论绝不是完美无缺的终极理论,它们将来一定会被其他更完善的理论来代替。
本世纪20年代量子力学建立以后,狭义和广义相对论与量子理论相结合,一直是理论物理学发展的坚实基础。半个世纪以来,这种结合不断发展和深化,也不断接受科学实验的检验。一方面,实验事实充分证明相对论和量子力学在其有效范围内是可靠的理论;另一方面,实验研究和理论进展表明,它们也遇到了一些难以解决的反常问题,其中一些问题是带有根本性的和革命性的,似乎难以容纳在相对论和量子力学的框架内。因此,在相对论和量子力学还处于兴盛时期的今天,汲取这些理论的真理性的内容,克服它们所面临的疑难,进一步探索自然界的奥秘,就已经提到当代物理学家的议事日程上来了。在这里,我们拟就当代物理学的现状和革命趋势,简要地作一点不甚全面的述评。
狭义相对论诞生以后,人们就一直设法做实验来验证它。1958年,有人改进了迈克耳孙-莫雷实验,得到了“以太风”小于地球轨道速度的1/1000的结论。后来利用穆斯堡尔效应,测得“以太风”±/ 秒,远远小于期望值(30公里/秒)。这既是对狭义相对论的验证,也证明根本不存在19世纪的作为电磁场载体的以太。尤其明显的是,从宇宙线的探测到高能加速器以及对撞机的应用,几乎高能物理实验的各个方面都要涉