问题的起源

问题的起源

如今，热心的人们无论何时碰面在一起讨论理论物理，话题迟早都会转到某个特定的方向。你把他们留下来谈论专门问题或者最新发现，过一小时以后再回来，极其怪异的是，他们在讨论一个乱麻一团的话题——他们无知的绝望的状态。这并非故作姿态，甚至不是科学上的谦逊，因为这个态度常常是一个天真幼稚的惊讶，即“自然”应该巧妙地把它的根本的秘密隐藏了起来，居然骗过了我们如此强有力的智慧。简而言之，我们在走向进步的途中转了个弯，我们的无知赫然挺立在我们前面。当代物理学的基础概念从根上是错误的，我们却不知道如何怎样把它纠正过来。

这一难题的原因是在广泛的实验范围中不断显露出来的叫作h的一个小东西，在某种意义上，我们确实知道h是什么，因为有多种测量它的方法：h是6.55×10-27尔格·秒，那将（正确地）提示你们，h是个非常小的量。但是最重要的信息包含在句末这一词语——尔格·秒之中，尔格是能量的单位，而秒则为时间的单位，由此我们知道，h的性质是时间乘以能量。

我们在实际生活里面并不经常用时间乘以能量，我们经常以能量除以时间。例如，驾车人用他的引擎的输出能量除以时间就得到了功率，反之，一个供电公司用消费时间数乘以功率或千瓦，依照这个结果寄送账单。但是，如果再乘以时间，这么做似乎就非常奇怪了。

但当我们在绝对的四维世界中观察时，这看起来又不是很奇怪了。我们认为在瞬间存在的如能量一类的物理量，属于三维空间，要把它们放到四维空间里，必须乘以时间，给它们以厚度。考察空间的一部分，比如大不列颠，我们将把它的人口数量记为4000万。但是又考察空间—时间的一部分，比如1915年及1925年之间的大不列颠。那我们就必须把它的人口数量记为4亿人—年。要从空间—时间观点来描述世界上人口情况，我们必须不仅限定空间单位，而且也必须限定时间单位。类似地，如果空间的某种内容被描述为尔格，那么相应的空间—时间地带的一种内容，就需要描述为多少尔格·秒。

我们把四维世界中与三维世界中的能量类似或相适应的物理量，采用专业术语“作用”称呼它。这个名称虽不具有任何特殊的适当意义，但是我们不得不接受它。尔格·秒或作用属于一切观察者都认为是共通的闵可夫斯基世界，因而它是绝对的，这是在相对性出现以前的物理学上所认识的很少几个绝对量之一。除了作用和熵（熵属于一类完全不同的物理概念）以外，相对性以前的物理学上所有著名的物理量都与对不同的观察者而不同的三维断面相关联。

早在相对论指出，作用由于其绝对性，而可能在自然体系中具有特别的重要性以前，早在作用h的特别之处开始出现在实验以前，理论力学研究者们就大量使用作用，尤其是威廉·汉密尔顿爵士的研究把它推到了显著位置，此后，力学在此基础上取得了非常深刻的理论发展。我只需提到你们自己的（爱丁堡）教授[1]有关分析力学的标准论文，那还是有点名声的。要了解主要原理的根本重要和意义并不困难，但是必须承认，对于非专业人士而言，更苦心孤诣的研究发展的重要性不见得很明显——除非像一个精巧的方法把容易的事情变得困难。最终，指向这些研究的本能强化了自身的正当性，大约1917年以来要追随原子的量子理论中的任何进步，就必须相当深入地了解汉密尔顿学派的力学理论。值得注意的是，正如爱因斯坦在需要发展他的伟大的重力理论时找到了已经由数学家准备好的张量微积分，量子物理学家也找到了一个博大的力学作用理论，没有这个理论他们是不可能前进的。

但是，既不是四维世界中作用的绝对重要性，也不是汉密尔顿力学中它早期的重要地位，使我们预先能够发现它特别的一块具有特别的重要性，继而这个标准值6.55×10-27尔格·秒持续不断地在实验里出现。我们必须把作用想象为属于原子的，把这个值看作作用的原子，一切就都好办了。但是我们不能这样做，在过去10年间，我们做过艰苦的尝试。我们现在关于世界的图景表明，作用的形式与原子结构完全不相容，因此必须重新构造这个图景。事实上必须对我们的物理学体系构筑其上的基本的概念进行根本的变革，问题是找到所要求的特殊变化。自1925年以来，新的观念已经被带入这个领域，好像缓和了僵局，而且给予我们一个必将到来的革命的本质的暗示，但是这个难题还没有办法总体解决，这些新观念将是下一章的主题。在此，除了在本章末尾我们准备新旧内容过渡以外，最好把我们自己限定在1925年的基础上。