《科学中的革命》

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科学中的革命- 第93部分


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与预言相符观测结果立即震撼了全世界的科学家和公众。
    今天很难想像1919年世界科学界的无限兴奋之情。两支观测队分别出发,一个派往
巴西的索布拉尔,另一个由爱丁顿率领来到西班牙所属圭那亚海岸附近的普林西比岛。
1919年秋,观测数据进行了整理和分析后,在11月6日召开的英国皇家天文学学会和皇家
学会的联席会议上天文学家们宣布:“星光确实按照爱因斯坦引力理论的预言发生了偏
折。”皇家天文学会的侧察部杂志和《皇家学会会刊》都对历史性的会议作了充分报道。
著名科学家J.J.汤姆森是会议主席,他宣称:这是“自牛顿以来引力理论的一项最重
要的成果”,是“人类思想的最伟大的成就”。第二天,1919年11月7日,历来严谨的英
国《泰晤士报》赫然出现了醒目的标题:“科学中的革命”,两个副标题是“宇宙新理
论”,“牛顿观念被推翻”。11月8日,《泰晤士报》又发表了另一篇论述革命的文章,
标题为“科学革命”,“爱因斯坦挑战牛顿”,“杰出物理学家的观点”。文章告诉读
者,“这件事成了下议院热烈讨论的话题”;卓越的物理学家,皇家学会会员,剑桥大
学J.拉莫尔教授“受到围攻,要求对牛顿是否被击败,剑桥大学是否垮台做出答复”。
荷兰的报纸也迅速刊登了这一消息。H.A.洛伦兹在11月9日的《鹿特丹报》上发表文章,
《纽约时报》立即翻译转载。11月23日,M.玻恩也在《法兰克福大众报》上发表文章。
12月14日,爱因斯坦的照片刊登在《柏林画报》周刊的封面上,照片下的文字说明宣称:
爱因斯坦开创了“人类自然观的一场革命”;他的洞察力堪与哥白尼、开普勒和牛顿相
比(佩斯1982,308)。在12月4日《自然》杂志的一篇文章中,E.昆宁翰指出:爱因斯
坦的“思想是革命性的”。
    A.佩斯(1982,309)曾核查了自1919年11月9日开始《纽约时报》索引中有关爱因
斯坦和相对论的文章标题或传奇故事。“爱因斯坦理论的胜利”与“十二智者书”连接
在一起(其中谈到爱因斯坦警告出版商的话“全世界不会有再多的人懂得它”)。该报
不仅刊登传奇故事,而且还发表了社论,相关文章持续见报,直至当年12月佩斯发现,
从那以后直到爱因斯坦去世,《纽约时报》没有一年不刊登有关爱因斯坦的文章,爱因
斯坦成了一位传奇人物。当爱因斯坦1921年去伦敦时,霍尔丹勋爵在皇家科学院的一次
演讲中,把爱因斯坦引见给了大家。爱因斯坦住在霍尔丹的别墅里,当爱因斯坦来到他
家时,霍尔丹的女儿见到这位著名的客人后,竟“激动得昏了过去”(佩斯1982,312)。
霍尔丹在皇家科学院介绍爱因斯坦时,谈到在这次演讲之前,爱因斯坦“已经到西敏寺
大教堂瞻仰了牛顿的墓地”。
    自那时起直至现在,科学家和非科学家,历史学家和哲学家撰写的著作都把(广义
和狭义)相对论与“革命”紧紧地联系在一起了。1912年,霍尔丹在他的著作《相对论
时代》(第4章)中谈到这个问题时写道:“爱因斯坦开创了我们关于物理学观念的革命”。
对于哲学家K.波普尔(惠特罗1967,25)来说,爱因斯坦使“物理学革命化”。物理学
家M.玻恩(1962,2)和S.伯吉亚(1979,82)的表述分别是:爱因斯坦的“革命时空
观”和“爱因斯坦革命”。玻恩(1965,2)还说:“IM年的狭义相对论”是标志物理学
“古典时期的终结和新纪元的开始”的一件大事。S.温伯格(1979,22)认为,爱因斯
坦最伟大的成就是,“他第一次把时间和空间纳入了物理学的体系,从而脱离了形而上
学的束缚”。按照数学家A.玻莱尔(1960,3)的说法,爱因斯坦“不仅带给我们新的
物理学理论,而且教给了我们认识世界的新方法”。因此,“凡是学习过他的理论的人,
不可能再按他们过去的思维方式进行思考了”。西班牙哲学家J.0.伽塞特在他的著作
中没有明确使用革命一词,但他却宣称:爱因斯坦的“相对论是当今最重要的智慧成果”。
因此,爱因斯坦相对论在开创物理学革命的同时,也引起了一场哲学革命。
    事实表明,广义相对论比狭义相对论更能满足本书第3章提出的科学革命的检验标准。
但是,广义相对论的发展史比起狭义相对论来更显得艰难曲折。很长一个时期,只有天
文学家(而且只是那些研究宇宙学的天文学家)对广义相对论感兴趣,物理学家则不然,
S.温伯格(1981,20)指出:“在最基本的层次上研究物质的物理学的全部现代理论,
在很大程度上依靠两大支柱”,一是“狭义相对论”,一是“量子力学”。塞格尔(19
76,93)在回顾2O年代和30年代物理学家们的活动时,也特别指出:“与狭义相对论相
对应的广义相对论,目前尚不是物理学家们感兴趣的前沿课题”。这也就是说,广义相
对论与狭义相对论不同,它对于当时主要的研究课题如物质理论和辐射理论并不是必须
的。例如,在我30年代末攻读物理学研究生时,几乎所有的课程如原子物理学,量子力
学甚至一些基础课和专业基础课都涉及到狭义相对论,但只有少数数学家(在G.D.伯
克霍夫的激发下)研究广义相对论。另外,广义相对论暗示,建立得最为成功的理论物
理学的一个分支——牛顿万有引力理论——犯了一个根本性的错误或说它并不完整,而
且广义相对论还引进了“四维时空的弯曲”这一奇特的概念来解释引力。我们应当懂得,
伟大的1919年日蚀实验只是定性地说明了光线传播将受引力场的影响,更精确的日蚀实
验则是以后的事了。但是,在爱因斯坦最初提出的三项检验方法之外,再找到新的方法
可能又要过去数十年。温伯格曾指出,只有在“爱因斯坦建立他的理论40年之后”(温
伯格1981,21),才能构想出并完成新的更精确的实验,证实广义相对论。
    第二次世界大战结束后的几十年间,世界发生了很大的变化,在实验室进行精确的
验证实验已经成为现实。于是,人们对引力的本质,引力与自然界的其它几种基本力
(电磁力,强相互作用,弱相互作用)的关系问题产生了新的兴趣。庞大的物理学和天
文学“工业”日益兴起,集中研究广义相对论及其在宇宙学和宇宙论研究中的应用。其
他的物理学分支也是如此。结果正如S.温伯格所预言的,人们一项重要的共识是,为了
“弄懂超短距离的万有引力”,还需要“另一次伟大的飞跃”(1981,24),另一次革
命,“建立更加普遍适用的原理”,而目前我们对此还没有任何概念。一句话,广义相
对论今天已成为科学家乐此不疲的研究课题,热情之高或许是前所未有的。
    量子论的创立:普朗克和爱因斯坦
    量子论在许多重要的方面与相对论有所不同。几乎每一个人都听说过相对论和他的
创立者A.爱因斯坦,但只有科学家和少数非科学家(他们不是学过科学,就是对科学感
兴趣。)知道量子论。然而,几乎每一个涉及到物理学某一方面的人(不仅是物理学家,
也包括化学家,天文学家,生物化学家,分子生物学家,冶金学家等)都会在他们各自
的工作中经常性地应用量子论及其成果。在这方面,广义相对论远远不能望其项背。量
子论不仅广泛渗透到许多学科中,而且也和相对论一样,使我们的科学思想和科学哲学
发生了根本变革。相对论和量子论的革命性很早就被人们认识到,但两者都长时间处在
理论革命阶段。
    量子论的发展经历了三个主要阶段:古典量子论(普朗克,爱因斯坦,玻尔,索未
菲,康普顿),量子力学(德布罗意,薛定谔,海森伯,约尔丹,玻恩)以及最新的相
对论量子力学或量子场论,前两个阶段均被视为革命。事实上,物理学家们感到很难找
到足够有力的言词表述量子革命的深度和广度。W.维斯考普夫(1973,441)认为,
“M.普朗克发现量子这一壮举,…创立了一门最富成果的学科,也是自然科学最具革命
性的发展”。他补充说,在普朗克做出发现后的三十年间,“我们关于物质特性和行为
的知识发生了广泛而深远的变革”,历史上很少有哪个时期能与之相比。P.戴维斯(1
980,9)写道:“本世纪初,关于物质的量子论的出现导致科学和哲学发生了一场革命”。
他指出,“耐人寻味的是,历史上几次最伟大的科学革命在很大程度上都不被一般人所
注意”,他认为这是由于“革命所蕴含的摧枯拉朽之力几乎超出了人们的想像——一甚
至超过了科学革命本身。”(p.11)
    量子论通常被视为创立于1900年,这一年,普朗克发表了他的“作用量子”的概念。
普朗克不像爱因斯坦五年后所做的那样,他没有涉及光或辐射相互作用的过程。他探讨
的仅仅是容器壁上振动粒子的能量交换和黑体辐射问题。他通过研究发现,能量的交换
是以跳跃的方式进行的,大小与能量值hv有关,这里的h是普朗克首次引入的自然界的普
遍恒量。正如T.S.库恩所指出的,普朗克在1900年仅仅作了这样的假定:能够以频率
v振动的振荡体(有形体,而非以太振动)的总能量可能是由一组与它们的频率成正比的
单元能量子的集合。与后来的光量子概念相比,这个假定是非常克制的。而光量子概念
则指出,光是有一个个具有确定性质的分立实体组成的,每一个实体(即光量子)具有
的能量为hv。
    我们很容易理解普朗克为什么没有,哪怕是设想进一步做出更为实质性的假设:光
是由分立的粒子或能量小

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