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革命来自观念的突破

2000-12-27 来源:中华读书报 □江向东 我有话说

所谓观念,乃是指思想意识,或者指客观事物在人脑里留下的概括的印象。对于一个人来讲,改变自己的一个看法常常都不大容易,若要超越自我改变某种观念,无疑会难得多。对于日常生活中的传统观念来讲,它既带有群体共识,又带有历史底蕴,因而改变起来就比改变某个人的观念更艰难。进而对于物理学上的传统观念来讲,更有甚者,它是一种被诸多量化实验检验过的普遍经验的沿袭,若要突破它,其难度之大可以想见。

我国有句俗语,说做“乱世出英雄”。从物理学的角度来看这句话的意思,就是物理现象纷繁杂乱,在没有一个像样的理论给予解释的混乱情况下,某人提出一种新颖独到的理论,此人便可谓之乱世所出的英雄。较之于乱世,歌舞升平的繁荣时代更不容易出英雄,在物理学界也是如此。事实上,黑体辐射中的“能量子”和光电效应中的“光量子”这类概念提出之日,正值经典物理学发展到了登峰造极之时。

19世纪后期的许多物理学家都认为,物理学的大厦已经建成,留给后辈的只是一些装修工作,比如把常数测量得更精确一些,把公式推导得更完备一些。据说,德国慕尼黑大学的一位物理学教授就劝说过年轻的普朗克放弃物理学,理由是这门学科无甚要事可干了。英国著名科学家开尔文,则在一篇贺词中明显地流露出物理学大功告成的观点:“物理学已经可以认为是完成了,下一代物理学家可以做的事情看来不多了。”好在开尔文没有把话说绝,在其贺词的结尾提到了不尽如人意的一点:“在物理学平静而晴朗的天空之远处,还挂着两朵令人不安的小小的乌云。”

在经典物理学中,能量连续性概念是天经地义的。说光的发射和吸收是以一个个分立的“能量子”的形式出现,无疑是突兀离奇的。用我们熟悉的风作例子,不论是习习的微风,还是飒飒的暴风,吹拂时给人的感觉都是一种均匀连续的平滑感。尽管从微观的角度来看,风也是由一个个气体分子的运动形成的。但如果有人在行文中把风形容为一颗颗“风弹”或者一粒粒“风丸”,准会落个用词不当文理不通的评语。因为在我们的传统观念和语言规范里,风就是我们谁都熟悉的那种样子,风就是风。说到这里,我们就能感悟到“能量子”和“光量子”的提出者需要多么大的勇气,也就不难理解像爱因斯坦那样大气魄的人在他的论文题目里还刻意写上“试探性观点”的缘由了。

在对待新生量子“婴儿”的态度上,爱因斯坦比普朗克更热心,更不怕“摔跤”。他一旦认识到量子论的科学价值,便积极地倡导它、捍卫它和发展它。在量子假设提出后的最初5年,普朗克的工作几乎无人问津,连普朗克本人也试图用连续性取代不连续性而回到经典理论的体系中来。第一个认真对待并实际应用量子假设的人便是爱因斯坦。或者说,是爱因斯坦使量子婴儿重见天日并开始发育成长。光的波-粒二象性的提出,为后来德布罗意物质波理论和量子力学的建立奠定了不可或缺的基础。量子论这种观念上的突破,是导致物理学重建华厦的大突破。

对相对论和量子论,美国物理学家韦斯柯普夫(VlctorF.Weisskopf)有过精辟的评价:“在那个时期创造出来的庞大理论体系中,相对论(包括狭义和广义)的地位同其他理论多少有点不一样。它是在20世纪初叶诞生的。这是一个使力学、电动力学和引力理论统一起来的新概念体系,这个体系带来了某种崭新的时空观。但是,从某些方面来看,这一概念体系与其说是经典传统的突破,还不如说是集19世纪物理学大成的登峰造极之作。然而,量子论却正是一种突破,它是向着未知世界,即向着不能纳入19世纪物理学概念网络的现象所跨出的第一步。”

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