爱因斯坦和量子力学

爱因斯坦和量子力学 金尚年 �复旦大学 � 相对论和量子力学是现代物理学理论 的 两 大 支 柱 � 爱因斯坦和相对论的关系已人人皆知 , 两者几乎 已成为同义词 � 但爱因斯坦和量子力学的关系却并不 为一般人所了解 , 即使对物理学家来说 , 深入了解的 人也不多 , 并且往往是片面的 、 不公正的 � 本文将提 供一些资料 , 试图比较全面和公正地评价爱因斯坦和 量子力学的关系 � 一 、 爱因斯坦和 � 子力学关系的流行见解 目前一般的量子力学专著或通俗读物在叙述量子 力学理论的建立过程时 , 一般都没有提到爱因斯坦 � 之 所以如此 , 一个重要原因是囿于一些物理学权威人士 的评论 � 为纪念爱因斯坦诞生 ��� 周年而编译出版的 《纪念爱因斯坦译文集》�� , 收集了对爱因斯坦的评论 和研究的论文共 �� 篇 , 其中有两篇是专门评论爱因斯 坦对量子物理学发展的贡献的一篇是泡利所写的《爱 因斯坦对量子论的贡献》, 另一篇是赫尔曼所写的《爱 因斯坦光量子和新的量子现象》�这两篇文章都只谈了 爱因斯坦对早期量子论的贡献 , 没有评价他在建立和 完善现行量子力学理论中所起的作用 � 在另外几篇对 爱因斯坦科学工作的综合性的评论中, 苏联科学院院 士福克认为 “特别令人惊异的是这个事实 , 在量子理论 发展的初期曾为它作了许多工作的爱因斯坦 , 对于近 代量子力学却采取了否定的态度 ” �德布罗意所作的长 达�� 页的题为《阿尔伯特 · 爱因斯坦科学工作概况》一 文中 , 只在结尾处用半页的篇幅作了如下评述 � “ ���� 年至�� ��年期间 , 主要由于海森堡 、 玻恩 、 薛定愕和 狄拉克等人的工作 , 波动力学和量子力学这些新的量 子理论得到了迅猛的发展 � ⋯ ⋯爱因斯坦和 一些同辈 的或前辈的物理学家�朗之万 、 普朗克 �似乎决不同意 玻尔和海森堡的思想 � ⋯ ⋯看来今天年轻一代的物理 学家几乎一致倾向于同意玻尔 一海森堡的解 释 , 这 种 解释似乎是唯一能够符合全部已知事实的 � ”在由国际 物理教育委员会主席、 美国麻省理工学院弗伦希教授 主编的《爱因斯坦一百周年纪念文集》图中 , 情况也类 似 , 它收集了著名的物理学史专家 � �克莱茵所写的题 为 《爱因斯坦和量子物理的发展》的专题 论文 � 文 章 详细评述 了爱因斯坦在发展早期量子论中的贡献 , 最 确多 余 志 � 卷 � 期 后讲到量子力学建立时 , 克莱茵作了这样的评述 � “当 二十年代应用量子论到原子结构和原子光谱中去成为 物理学兴趣的中心时 , 爱因斯坦没有参与这进一步的 工作 , 而他的同事 , 从玻尔 、 索末菲、 玻恩到池们的 年轻的伙伴如克拉默斯 、 海森堡和泡利等都参加了 � 护 基于上述种种情况 , 在许多人心目中造成了这种 印象� 爱因斯坦不关心量子力学的发展 , 对量子力学 的建立没有什么贡献, 并且由于他坚持反对量子力学 的正统解释 � 被认为是量子理论发展中的一个顽固派 , 在后期所起的作用是消极的 , 和他创建相对论相 比 , 爱因斯坦走向了反面 � 还有不少人认为 , 如果一定要 说爱因斯坦对量子力学有什么贡献的话 , 那么他的贡 献是 � 由于他反对哥本哈根学派的解释 , 提出一个又 一个的理想实验进行批驳 , 迫使玻尔、 海森堡等深入 思考 , 从而使量子力学理论迅速完善起来 , 此外就没 有什么可以说的了 � 我们认为这样来认识爱因斯坦在建立和完善量子 力学理论中的地位和作用是不恰当的 � 在爱因斯坦一 生的科学工作中 , 量子物理始终是他关注的一个重要 方面 � 他不仅对早期量子论 , 而且对现行量子力学理 论的形成和完善都有过重要贡献 � 他对量子力学的见 解还可能对这一理论的进一步发展产生深刻的影响 � 二 、 爱因斯坦指导了矩阵力学和 测不准关系的建立 一般认为 , 现行量子力学理论的基础是由海森堡 的矩阵力学 、 薛定愕的波动力学 、 玻恩的波函数的几 率解释和海森堡的测不准关系所组成的 , 薛定愕的工 作受到爱因斯坦的一定影响 , 海森堡的工作和爱因斯 坦毫无关系 � 我们认为实际情况并非如此 � 根据海森 堡自己的回忆录《部分与整体》中所述 , 他创建矩阵力 学的第一篇论文《关于运动学和力学关系的量子 论 解 释》, 以及测不准关系的提出 , 都和爱因斯坦的 思 想 启示有关 � 情况大致如下 � �� ��年夏季 , 海森堡离开哥廷根大学到哥本哈根 工作了半年 , 主要是和克拉默斯研究色散理论 � �� �� 年春天海森堡回到哥廷根后 , 继续用在哥本哈根和克 拉默斯一起做的方法 , 试图得出氢原子谱线强度的正 � �� 确公式 , 但遭到了巨大的数学困难而失败了 � 出路何 在� 经过反复思考 , 最后在爱因斯坦建立相对论的思 想方法的启示下 , 海森堡逐渐明确了这样一个思想 � 在处理原子问题中 , 不应去问电子在原子中的轨道是 什么 , 而是应该用振动频率和决定谱线强度的 量 �即 振幅�这两个可观察量的整体来代替轨道 , 只有这 两 个可观察量 , 才可以作为决定原子行为的因素 � 思想 上有了这样一个飞跃后 , 海森堡就转向一个数学上比 氢原子简单一些的非谐振子问题 , 很快完成了他的计 算 , 量子力学的第一篇论文《关于运动学和力学 关 系 的量子论解释》就这样诞生了� 海森堡提出测不准关系 , 也有类似 的 情 况 �� � 」��� 年春天 , 海森堡应邀去柏林大学讲新量子力学 � 爱因斯坦那时正在柏林大学工作 � 海森堡讲演后 , 爱 因斯坦邀请他一道走回家 , 和他讨论量子力学中的新 思想 � 爱因斯坦批评了海森堡的量子力学中只有可观 察量才能进入物理理论的思想 � 这使海森 堡 感 到 惊 讶 , 他回答说 � “你处理相对论不正是这样 的 吗� 你 说绝对时间是不许可的 , 仅仅因为绝对时间是不可观 察的 , 而只有运动的参照系或静止的参照系中存在的 时钟读数才同时间的确定有关 � ” 爱因斯坦在回答 中 承认他用过这种推理 , 但他说 � “一个人把实际观 察 到的东西放在心中 , 会有启发性帮助的 , 也许能更加 灵活地解释它 � 但在原则上试图单靠可观察量来建立 理论 , 那是完全错误的 � 实际上恰恰相反 , 是理论能 够决定我们能够观察到的东西 � ” 然后爱因斯坦 详 细 解释了他的这一观点 � 这次谈话给海森堡留下了深刻 的印象 � �� �� 年 � 月和 �� 月, 薛定愕先后应邀到慕尼 黑和哥本哈根讲解波动力学 � 在慕尼黑 , 海森堡和薛 定谬对量子力学的解释问题发生了严重的争论 , 在哥 本哈根 , 玻尔和薛定谬发生了严重争论 � 老一辈的物 理学家比较倾向于薛定谬的理论 � 这使玻尔和海森堡 感到烦恼 , 为 了说服大家接受自己的理论 , 海森堡和 玻尔一起在以后的几个月中 , 全力以赴地想找出一个 更易说服人的量子力学的物理解释 � 焦点集中在云室 中电子径迹的解释上 � 矩阵力学中没有轨道的概念 � 玻尔想从波粒两种图象互补的途径出发来解决问题 � 海森堡则坚信量子力学的形式已为其中出现的量规定 了唯一的解释 , 只能从这种力学本身来对云室中的电 子径迹作出数学述 � 但这样做在数学上陷入了困境 � 在困境中他模糊地感到也许找电子轨道这个问题本身 提法就不对 � 经过几个不眠之夜以后 , 一天深夜, 他 突然想起爱因斯坦上次和他的谈话 � “在原 则 上 , 试 图单靠可观察量来建立理论 , 那是完全错误的 � 实际 上恰恰相反 , 是理论决定我们能够观察到的 东 西� ” 他立 即看到紧闭的门打开了� 他想 , 我们往往说电子 · � �� · 的轨道在云室里可以看得见 , 人们看到的实际上是否 要少一些呢 � 也许只能观察到一系列分立的电子的不 确定位置 �实际上我们观察到的是云室中个别的水滴 , 这些水滴肯定比电子大得多 � 因此正确的提法应该是 � 在量子力学里是否能够表述这样一种情况 , 一个电子 只能以一定的不准确性处在给定的位置 , 而又以一定 的不确定性具有给定的速度 � 可以把这种不确定性弄 得最小 , 以便不和实验矛盾 � 经过简单计算 , 证明这 是可能的� 这样测不准关系的理论就建立起来了� 玻恩对于海森堡和他是怎样创建量子力学的 , 在 �� ��年也有一段 回忆 �’� � “作为青年爱因斯坦的一个 无条件的信徒和传道者 , 我为他的教导许愿效忠 � ⋯⋯ 他曾把他的相对论建立在这样的原则上 , 即涉及不能 观察到的事物的那些概念在物 理 学 中是 没 有 地位 的 � ⋯⋯ 当海森堡把这个原则用于原子的电子结构时 , 量子理论就产生 了 � 这是一个大胆而根本的步骤 , 我 立即领会其意义 , 它使我集中全力要为这个观念作出 贡献 � ”玻恩的这段回忆和海森堡的 回忆是一 致 的 , 承认爱因斯坦创建相对论的思想方法 , 是创建量子力 学的一个重要因素 � 上述情况表明 , 爱因斯坦对海森堡的量子力学和 测不准关系的建立有重要的积极影响 , 只不过不是物 理上和数学上的直接贡献 , 而是方法论 、 认识上的巨 大影响 � 这一点玻尔也是明确承认的 � ���� 年在玻尔 为《自然科学》周刊纪念普朗克获得博士学位五十周年 的专号撰写的论文�� 中, 从三个不同的方面把建立量 子力学的方法和爱因斯坦的相对论作了比较 � 第一 , 在处理微观物理过程时, 测量结果的反比性或互补性 就不能忽略 , 正如在高速现象中, 在有同时性的问题 上不能忽略观察的相对性一样 , 第二 , 由海森堡关系 表示的限制保证了量子力学的逻辑无矛盾性 , 正如信 号传递不可能超光速保证了相对论的逻辑无矛盾性一 样 , 第三 , 正如相对论通过对于观察问题的深入 � 注意要揭露一切经典物理学概念的主观性质 , 量子理 论也是这样 , 通过它认识到作用量子的不可分性 , 也 将导致描述自然概念手段的进一步修正 � 这里我们不 去分析玻尔的这些观点是否恰当, 但至少说明了一点 , 现行量子力学理论在方法论和认识论上是受了爱因斯 坦相对论的 巨大影响 � 我们不能因为爱因斯坦对量子 力学的正统解释持批判态度而否认他对矩阵力学和测 不准关系的诞生的影响 , 正象不能因为马赫曾经用颇 为激烈的言词表明他对于相对论的摈斥 , 因而否认马 赫对爱因斯坦建立相对论的影响一样 � 三 、 爱因 斯坦是波动力学的唯一 “教父” 现在我们来看薛定谬的波动力学的诞生和爱因斯 � 卷 �期 嗬盛 余志 坦的关系 � 薛定愕的波动力学是在一组题为 《量子化 是本征值问题》�� 的论文中发表的 � 这组论文共有 四 篇 , 波动力学的思想在第一 、 二两篇论文中作了充分 阐述 � 从这两篇论文中我们看到 , 波动力学是薛定愕 把下面四个物理思想综合起来后得出来的 � 它们是 � � � �原子领域中能量是分立的 , 正确的原子力学理论 必须能给出分立的能量谱值 � �� �在一定的边界条件 下 , 振动弦的频率只能取一组分立的本征振动频率 � � � �经典力学的哈密顿 一雅可比方程不仅可以描 述粒 子的运动 , 也可用来描述光波的传播 , � � �电子可以 看成一种波 , 它 的动量 、 能量与相应 的波的波长 、 频 率的关系由爱因斯坦 一德布罗意公式给出 � 这四 个 思 想中, 其中第一个在当时物理学家中已是一个普遍认 识 , 第二个是经典物理学早已熟知的结论 , 第三个早 在 ���� 年哈密顿已有详细阐述 � 因此关键是第四个思 想 � 正是这最后一个思想 , 才把上述这些原来互不相 关的思想有机地综合起来 , 产生了新的物理内容 � 因 此要分析波动力学的建立和爱因斯坦的关系 , 其中心 环节是分析德布罗意的物质波思想的形成及其对薛定 愕的影响过程中爱因斯坦起了怎样的作用 � � �德布罗意在学生时代是学历史的 , 后来他的兴 趣转到了探索物理学的一些基本问题上 , 并于 ���� 年 起参加了他哥哥 � � 德布罗意所领导的物理实验室的 工作 �这个实验室主要是研究� 射线的 , 曾用 � 射线证 实了爱因斯坦的光电效应理论 , 这使 � · 德布罗意有 机会熟悉并接受了爱因斯坦的光量子 思想 � 这一点对 他以后的成功有重要意义 � 因为光量子的概念虽然爱 因斯坦在 �� �� 年就已经提了出来 , 并逐步发展 成 为 光子的概念 , 但它长期没有为当时多数物理学家所接 受 , 在 �� � �年康普顿效应发现以前 , 一直受到 了 以 玻尔为代表的原子物理学主流派的怀疑和批评 � �� � � 年 � � 德布罗意在爱因斯坦光子思想的基础上 , 写了 第一篇隐含波动力学思想的论文《黑体 辐 射 和 光 量 子》� 在这篇论文中, 他追随爱因斯坦的思想 , 把黑体 辐射作为一种光量子气体来处理 � 这样的处理违反了 经典力学, 但却得出了维恩定律 � 德布罗意曾把这篇 论文送给朗之万 , 得到 的回答是 �� � “你的想法 是 令 人感兴趣的 , 但你所说的气体和真实的光毫无关系 � ” �� ��年他又陆续在这方面发表了三篇论文 � 在这些论 文中 , 他把 � 一加从光子推广到了电子 , 把一个电子 和一个想象的波对应起来 , 提出了电子的相波概念 , 并且提出了电子通过小于其波长的小孔时发生衍射的 思想 , 这样就逐步形成了物质波的思想 � 这些论文成 了他�� �� 年博士论文《量子理论的研究》的基础 , 目前 一般都引用这篇博士论文作为波动力学思想的起源 , ��� �年德布罗意在他的博士论文重印的前言中对于物 �确多 余 志 �卷 � 期 质波思想的形成也是这样说的 � “在�� ��年期间 � 经过 一段长时间的独自沉思以后 , 我突然有了这样一个思 想 , 爱因斯坦在 �� �� 年所作的发现�光的二象性�应该 可以推广到所有物质粒子 , 明显地可以推广到电子 � ” 这就是波动力学诞生的开始 � 显然 , 德布罗意物质波 思想是直接来源于爱因斯坦的光量子思想的 � 现在我们再来讨论德布罗意的思想如何为薛定谬 所接受 , 其间爱因斯坦起了什么作用的问题 � 德布罗 意的博士论文是在爱因斯坦的推崇下被朗之万所接受 并通过发表的 � 根据德布罗意自己的回忆 �� , 情况是 这样的� “ �� ��年我写了博士论文 , 需要申请学位 � 我 打印了三份 , 送了一份给朗之万 , 让他决定是否可以 作为博 士论文接受 � 朗之万也许对我的新思想有点吃 惊 , 拿不定主意 , 要我再提供一份拷贝 , 由他送给爱 因斯坦 , 请爱因斯坦评定 � 爱因斯坦认为这篇论文很 有价值 � 这促使朗之万决定接受我的论文 � ”德布罗意 的论文发表后 , 薛定愕是从爱因斯坦对它的高度评价 , 并经过和爱因斯坦多次直接通信 , 才认真研究和接受 它的 � 过程大致如下阁 � 先是 ��� �年夏天印度物理学 家玻色将一篇题为《普朗克定律和光量子假设》的论文 寄给爱因斯坦 , 爱因斯坦看出了这篇论文的深远意义 , 应玻色的请求将它译成德文 , 在 《物理学记 事》上 发 表 � �� ��年 � 月和�� 月, 爱因斯坦先后发表了两篇论 文《单原子理想气体的量子理论》�一 �和 �二 �� 这两篇 论文发展了玻色的方法 , 形成了现在人们所称的玻色� 爱因斯坦统计 � 爱因斯坦在第一篇论文的结尾处提出 了一个当时还不能解释的悖论 � 三个月后在第二篇论 文中 , 爱因斯坦对德布罗意的博士论文 �该文当时 通 过和发表还不到一个月�作了高度评价 � “一个物质粒 子或物质粒子系可以同一个 �标量 �波场怎样相对应 , 德布罗意先生已在一篇很值得注意的论文中指出了 � ” 然后爱因斯坦根据德布罗意的理论作了计 算后 又 指 出� “这些考虑给我在第一篇论文中的结尾处所 指 出 的悖论带来了光明 ”, 随即解释了第一篇论文中所 提 出的悖论 � 薛定愕就学于维也纳大学 , 并长期在那里 工作 , 深受玻耳兹曼的影响 � 原来是研究统计物理的 � 玻色一爱因斯坦统计理论的发表 , 当然引起薛定谬的极 大注意 � 爱因斯坦对德布罗意理论的推崇并在自己的 工作中应用了它 , 促使薛定愕认真研究了德布罗意的 理论 � 开始时薛定愕并没有完全弄清楚玻色一爱 因斯 坦统计的思想 , 更没有充分理解德布罗意思想的意义 所在 � 在经过和爱因斯坦多次通信�从玻色一爱因斯坦 统计理论的发表到 ���� 年波动力学创建完成 , 两人间 曾通过 �� 封信�后 , 薛定愕终于接受了这些思想 , 并 用于 自己的研究工作 � �� ��年�� 月�� 日薛定谬完成了 波动力学创立前的最后一篇论文 《论爱因斯坦的气 体 · �� � 理论》, 文中他建议可以从气体粒子的波动图象 出发 来代替玻色 一爱因斯坦统计, 并明确指出, 他的 建 议 “没有什么特别之处 , 只不过认真考虑了德布罗意一爱 因斯坦的波动理论罢了 � ” 以后薛定谬就全力以 赴 地 转入对原子中电子的波动理论的研究 , 终于创立了波 动力学� 在《量子化是本征值问题》的第一 、 二两篇论 文中 , 薛定愕多次确认他的工作是直接受爱因 斯 坦 � 德布罗意的思想启示而来的 � ���� 年 � 月�� 日他给爱 因斯坦的信中说得更明白 � “没有你的关于简并 气 体 的第二篇论文引起我对德布罗意思想的重要 性 的 认 识 , 这一切在现在或在其他任何时候都不会开始 � ” 玻恩的波函数的统计解释也渊源于爱因斯坦的思 想 � 爱因斯坦自从提出光量子理论后 , 一直在考虑对 辐射的波动结构和量子结构建立统一的数学理论 , 为 此曾作了许多尝试 � 玻恩是哥本哈根学派中最早接受 光量子理论的人 � 量子力学的数学形式提出来以后 , 把实验中表现出来的电子的波动现象和粒子现象作统 一合理的解释 ,就成了主要问题 � 玻恩在充分研究了爱 因斯坦的思想后 � 提出电子波函数几率解释的猜想 , 并 用来讨论散射过程获得了完全成功 �玻恩自己在《我这 一代物理学》中对此是这样说的 � “爱因斯坦的观念又 一次引导了我 � 他曾经把光波振幅解释为光子出现的 几率密度 , 从而使粒子 �光量子或光子 �和波的二象性 成为可理解的 � 这个观念马上可以推广到 少函数上 �协 �必须是电子�或其他粒子 �的几率密度 ” � 这段话最 清楚地说明了波函数的统计解释和爱因斯坦的关系 � 综上所述 , 我们可以看到爱因斯坦对波动力学的 建立有极为密切的关系 � 他既是这一思想路线的创始 人 , 又是识德布罗意博士论文价值的“伯乐 ” , 并且还 是薛定愕和玻恩的引路人 � 确实可以这样 说 � “爱 因 斯坦不仅是量子论的三个父辈� 中的一个 , 并且是波 动力学的唯一教父 � ” 四 、 爱因斯坦的� 子力学见解的核心思想 上面所讨论的爱因斯坦与量子力学建立的关系 , 是站在量子力学正统解释的立场上进行的 , 或者说是 在承认“量子力学是一个完备的理论 , 它的基本 的物 理和数学假设是不容许进一步加以修改 ” 的前提下 进 行的 � 如果考虑到量子力学的正统解释无论在物理上 和哲学上都不是没有问题的 , 现有理论还可能有待发 展 , 那么对爱因斯坦在量子理论发展中的地位和作用 还应有新的评价 � 爱因斯坦虽然没有提出一个完整的 与正统解释相对抗的平行理论 , 但还是发表了不少具 体的见解 � 这些见解在物理上和哲学上是否有价值 , 是否可作为量子力学理论进一步发展的出发点 , 是评 价爱因斯坦对量子力学贡献的另一个重要依据 � 爱因斯坦的量子力学的具体见解先后 有 不少 变 化 , 但下面三点是先后一贯的, 可以认为是他的量子 力学见解的核心思想 � 评价爱因斯坦的量子力学的观 点是否有价值 , 探讨爱因斯坦对现行量子力学理论持 批判态度的原因 , 应从这三个方面着手 � 第一 , 爱因斯坦相信有一个无赖于感觉主体而独 立存在的外在世界是一切科学的基础 , 坚持微观世界 和宏观世界一样具有“实在 ”性 , 认为“物理体系 的 实 在状态这样的事是存在的 , 它不依赖于观察或量度而 客观存在 , 并且原则上是可以用物理的表述方法来描 述的 ” , “�现行量子力学�理论的统计性是由描述 的不 完备性所决定的 � 至于事物本身究竟是怎样的 ,则同它 毫不相干 � ”爱因斯坦为了论证现行量子力学理论的不 完备性 , �� � 年和波道尔斯基 、 罗森合作发表了著名 的 � � � 悖 论 , 从物理上进行了论 证 � 爱 因斯 坦的 这一观点是和哥本哈根学派的观点完全对立的 � 后者 认为作为原子的量子现象领域中的经验结果 , 客观同 主观之间的界线已经模糊了 , 决定性定律 已经被统计 性定律代替了� 爱因斯坦斥责这是一种实证主义的观 点 ,是和贝克莱 “存在就是被知觉 ”一样的东西 �而后者 则认为他们的观点完成了 “从古典的科学哲学转变 到 现代科学哲学 ” 的转变 � 围绕量子力学的这两种观 点 的争论 , 是二十世纪物理学的主要思想斗争 , 它的历 史意义将会远远超出量子力学的解释问题 , 将对未来 的物理学和哲学的发展以深刻的影响 � 第二 , 量子力学的系综解释的提出 � 爱因斯坦并 不是一概反对现有量子力学的理论 � 他承认 “它是能 ‘ 对微观力学过程的量子特征方面的经验提供一个统一 解释的唯一理论 ” , “这个理论是标志着物理知识中的 一个重大的进步 , 在某种意义上甚至是决 定 性 的进 步 � ” 他最终仅反对波函数 少可以完备地描述单 独 一 个体系的物理性状这样一种观点 , 而主张 必 须 认 为 波函数 功只是关于一个系综的描述 � 爱因斯坦最早是 在���� 年第五次索尔末会议上暗示存在系综解释的可 能性 , 而明确的阐述这一观点则是在 ���� 年《物理学 和实在》一文中给出的 � 在这篇论文中 , 爱因斯坦 在 论证了玻思关于量子论的统计解释是唯一可能的解释 后明确提出� “沪函数所描述的无论如何不能是单个体 系的状态 , 它们涉及的是许多个体系, 从统计力学的 意义来说 , 就是 ‘系综, ” � 量子力学的系综解释 , 是爱 因斯坦既坚持正统的因果论或实在论 , 而又承认现有 量子力学理论是能对微观力学过程的量子特征方面的 经验提供一个统一解释的可能 , 使他对量子力学 的观点在逻辑上没有矛盾 � 在这以后爱因斯坦就一直 ��� � 量子论的另两个父辈是普朗克和玻尔 � �卷 � 期 确多 余春 坚持这种观点 � 第三 , 明确指出了相对论和现行量子力学的理论 基础是不相容的 , 提出未来的理论必须把两者统一起 来 , 用场论来解释原子结构的思想 � 在爱因斯坦的心目 中 , 现行的统计性的量子理论不是一个建立完备理论 有益的出发点 , 而合理的广义相对论的场论也许能为 完备的量子理论提供一个解决办法 � 这一观点爱因斯 坦早在量子力学建立前就已形成 , 以后又多次作过阐 述 � �� !年爱因斯坦在《能用场论来解决量子问题吗》 一文中 , 就认为量子条件可能可以用以偏微分方程为 基础的因果性理论得出来 � ���� 年 � 月�� 日爱因斯坦 在英国牛津大学所作的讲话中 , 在阐述了时间、 空间 和场的概念的发展后指出 � “这种场论的重大障碍 在 于物质能量的原子结构的概念 � ⋯ ⋯ 要等 到 用 这 种 ‘场论 , 方式把原子结构成功地表示出来以后 , 我才认 为量子之谜是得到了解决 � ” �� �年在《物理学与实在》 一文中 , 爱因斯坦指出 � “在薛定愕方程中 , 绝 对 时 问 , 以及势能扮演着决定性的角色 , 而这两个概念已 曲相对论认识到是原则上不能允许的 � 如果人们想摆 脱这种困难 , 就必须把这个理论建立在场 和 场 定 律 上 , 而不是建立在相互作用力上 � ”���� 年爱因斯坦在 《自述》中说 � “在我着手讨论如何完成广义相对 论 问 题以前 , 我必 须对我们时代最成功的物理理论 , 即统 计性量子理论表示我的态度 � ⋯ ⋯ 以这个理论为一方 � 似相对论为另一方 , 两者在一定意义上都被认为是正 确的 , 虽然迄今为止想把它们融合起来的一切努力都 遇到了抵制 � 这也许就是当代理论物理家中 , 对于未 来物理学的理论基础是怎样的这个问题 , 存在着完全 不同意见的原因 � ”�� ��年 � 月 , 爱因斯坦在他逝世前 的一个月 , 在为他的母校苏黎世工业大学成立 �� � 周 年而写的回忆录中说 � “ 自从引力理论这项工作 结 束 以来 , 到现在四十年过去了 � 这些岁月我几乎全部用 来为了引力场理论推广到一个可以构成整个物理学基 础的场论而绞尽脑汁 � · ·· · ·一种场论是否能够解释物 质的原子结构和辐射以及量子现象 , 大多数物理学家 都是不加思索地用一个有把握的 ‘否 , 字来回答 � 因为 他们相信 , 量子问题要用另一类方法来解决 � 问题究 竟怎样 , 我们想起莱辛的鼓舞人心的言词 � ‘为寻求真 理的努力所付出的代价 , 总比不担风险地占有它要 昂 贵得多 � ’ ”从这些论证中可以清楚地看到 � 爱因斯坦后 半生所研究的统一场论 , 不仅是想把引力理论和电磁 理论统一起来 , 而且也是想把相对论和量子力学统一 起来 � 这表明他对量子力学的正面见解 , 将最终包含 在他的统一场论的理论之中 � 爱因斯坦对量子力学的上述观点 , 从来没有被多 数物理学家所接受过 , 但也不能说是完全孤立的 , 赞 成和支持的人也一直是有的 � 在这方面引人注目的是 现在还健在的量子力学创造人之一狄拉克����年应邀 访问澳大利亚时 , 在新南威尔大学所作的《量子力学的 发展》�� � 的讲演 � 狄拉克说 � “我认为也许结果最终 会证明爱因斯坦是正确的 � 因为不应认为量子力学的 现在形式是最后的形式 � 关于现在的量子力学 , 存在 一些很大的困难 , 这些困难我在后面还要讲 , 它是到 现在为止人们能够给出的最好理论 , 然而不应当认为 它能永远地存在下去 � 我认为很可能在将来 的某个 时 间 , 我们能得到一个改进了的量子力学使其回到决定 论 , 从而证明爱因斯坦的观点是正确的 � 但是这种重 新回到的决定论 , 只有以放弃某些基本思想为代价才 能办到 , 而这些基本思想我们现在认为是没有问题的 � 如果我们要重新引入决定论的观点 , 我们就应当以某 种方式付出代价 , 这种方式是什么 , 现在 还 无 法 推 测 � ”这里狄拉克所说的量子理论还存在的一些很大的 困难 , 指的是带电粒子和 电磁场相互作用的精确理论 问题 � 把带电粒子的电荷看成集中在一个点上 , 就会 发现点电荷的能量是无穷大 � 这个问题使物理学家困 惑了�� 年 , 始终没有取得任何实质性的进展 , 和爱因 斯坦为之终生奋斗的统一场论的情况差不多 � 狄拉克 最后说 � “正是由于这些 困难 , 我认为量子力学 的基 础还没有正确地建立起来 � 在当前这个基础上所进行 的研究 , 在应用方面已经做了极其大量的工作 , 在这 方面 , 人们能够找出抛弃无穷大的一些规则 , 然而即 使根据这些规则得出的结果与观测相符合 , 但毕竟还 是人为的规则 � 因此关于现在的量子力学基础是正确 的说法 , 我是不能接受的 � ” 【� 〕赵中立等编 , 《纪念爱因斯坦译文集 , , 上海科学技术 出版社������ 仁� � 玉� � � � � � � � � � � � , 一� 动�切�� � 凡�� � � 理 �� �� � � , �� 州� �� �� 动��� ￡夕 ������ 【� 〕许 良英等编 , 《爱因斯坦文集》第一卷 , 商务 印书馆 ����� � 〔4 〕玻恩(侯德彭译) , 《我这一代物理学 , , 商务 印书馆 (1964 ) 〔5 1 玻尔(郁韬译) , 《原子论 和自然科学的描述 》 , 商务印 书馆(1964 ) [ 6 ] S eh r6d in罗r E ., Co ll ec t e d P aP e rs o n 列’a 、 j 公ch a -nfcs , B l a e k i e & S o n ( 1 9 2 8 ) 仁7 1 J am tn er M ., Th e CO o e中t助1 D eoel0P m eot of 伽an-tum Me ch anics, M e G : a w 一 H i l l ( 1 9 6 0 ) [ 8 〕P ais A ., 双‘刁. 月而d . 尸人, 5 . , 艺1 , 4 ( 1 9 7 9 ) 8 6 3 〔9 ] 范岱年等编 , t 爱因斯坦文集 , 第二卷 , 商务印书馆 (1977 ) 【10] 狄拉克 (张宜宗 , 郭应焕译) , 《物理学的方向, 科学 出版社(1981) 确多 康 志 7 卷 3 期 · 2 2 3 · 反映. 取同一样品, 加入等量pH 7 .6 , 叮.SM 磷 酸缓冲液 (含 0 .1% 琉基 乙醇), 捣碎 , 再加入 10 % 正丁醇 , 搅拌 15 分钟 , 3 , 0 00 转/分离 心 10 分钟 , 上清液加入 6% 聚 乙二 醇 (分 子 量 6 , 00 0) , 3 % 氯化钠 , 溶解后放冰箱内过夜.次 日取出 , 3 , 6 0 0 转/分离心 10 分钟 , 沉淀用少 量 pH 6 .5 , o . 01 M 柠檬酸缓冲液重悬浮, 再以 4 , 00 0 转/分离心 15 分钟 , 吸取上清液. 取上清液点于火棉胶一碳膜 铜 网 , 用 pH , . 0 , 2 % 磷钨酸负染 , 在 日立 H 一6 00 H 电 镜 下看到不少杆菌状病毒颗粒(图 1 ) , 外膜上的 细微突起十分清晰(见放大部分 ). 初步测量 了 62个病毒颗粒 , 大小范围为iaa一700 x 5 0~ 13 3 n m . 上清液中并无其他形态结构不同的颗粒. 但在其他几个辣根样品的浸出液中则查出同时 感染着烟草花叶病毒群的棒状颗粒和类似马铃 薯Y 病毒群的线状颗粒 , 不过为数不多. 根据 以上结果 , 可以认为这种杆菌状病毒颖粒显系 引起辣根花叶病害的病原物或病原物之一(1953年 3 月 17 日收到 ) 高空科学气球是进行高能 天体物理实验和其他多种学科 空间观测的重要运载工具. 经 过近几年我国各有关单位的共 同努力 , 我国的高空科学气球系统已开始投入实用. 我国高空科学气球的发展速度及所达到的水平受到了 很多外国科学家的关注和高度评价. 《我国的高 空 科 学气球与高能天文观测》一文介绍了我国高空科 学 气 球的研制和空间高能天体物理实验观测的现状和所取 得的成果. 当前 , 在国际上量子化学计算方法已广泛用于化 学研究的各个领域 , 并成为量子化学研究的重要组成 部分. 近年来 , 我国科学工作者在量子化学计算方法 及其应用的研究中取得了较大进展. 《计算量子化学》 一文深入浅出 , 简明扼要地介绍了这方面工作的概况 和作者自己的部分工作. 分子力学又称力场方法 , 是正在发展着的计算分 子结构和能量的方法 , 是一种在分子水平上解决问题 钓非量子力学计算技术. 由于它有实用 、 简便 、 机时 消耗少等特点 , 已愈来愈受到人们重视. 《分子力学》 一文介绍了这一方法的基本想法、 力场构成 、 参数化 及优化技术等. 19 82年初 , 欧洲核子研究中心决定建造一台世界 上最大的高能正负电子对撞机—莱泼对撞机 , 此机建成后, 对高能物理实验将会起更大的作 用. 《西 欧 召莱泼”》一文 , 对莱泼对撞机的实验装置和 实 验 目标等均有详述. 将植物组织培养技术应用于植物病毒病的研究始 一于二十世纪三十年代 , 近年来进展甚快.茎尖分生组织 培养技术以及原生质体技术更是引人注巨. 运用组织 培养技术防治植物病毒病同发展植物新品种 , 提高产 、 质量有密切关系 , 本期《组织培养技术与植物病毒病》 一文 , 内容较丰富 , 可资一读. 《苏芸金杆菌治虫研究进展》一文介绍了苏芸金杆 菌及其众多的菌株的发现由来. 尤其是二十多年来 , 国内外积极应用该菌制剂防治多种害虫和蚊子幼虫 , 收效很大. 在生物防治领域 , “以菌治虫 ”目前正方兴 未艾. 宇宙年龄、 银河系年龄和太阳系年龄等是天文学 界、 地球物理学界普遍芳心的问题 , 国际和国内在这 方面都开展了不少工作 , 但均未取得重大突破.《宇宙 演化的时间序列》是一篇从理论上进行推算 , 用已 发 表的实测数据作检验的探素性文章 , 是作者多年的研 究成果. 相对论和量子力学是现代物理学的两大支柱. 爱 因斯坦独自创立相对论已举世公认 , 但爱因斯坦对量 子力学的贡献在流行的观点看来却无甚地位. 《爱 因 斯坦和量子力学》一文从科学史角度阐明 , 爱因斯坦对 作为量子力学基础的矩阵力学 、波动力学 、测不准关系 和几率波解释的建立是作出了 巨大贡献的. 此文有助 于读者了解爱因斯坦对量子力学建立所作出贡献的有 关情况 , 以及爱因斯坦为寻求整个物理学的共同基础 所作出的努力. 本月14 日是爱因斯坦诞生 105 周年 , 特刊此文 , 以志纪念. 数学向一切自然科学领域的渗透 , 是当今科学技 术发展的一个值得注意的动向 , 本期发表的 《模糊数 学在气象科学中的应用》和《数学在地理学中的一些应 用》从不同的角度介绍了数学在 其他学科中的应用, 可供参考. 240 7 卷3 期 确杏 余志