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一片反对之声

时间:2022-02-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:麦克斯韦电磁理论的成功,将光的波动说推上成功的巅峰。这一系列的成功离1905年并不遥远,1888年赫兹用实验证实麦克斯韦电磁波的假说,也只不过才过去17年。他是谁呀,上帝?普朗克也是一位志趣非常相投的通信者。但爱因斯坦却毫不气馁,仍然继续设法打消人们对光量子假说的疑虑,坚持不懈地推进量子论的发展。因此,爱因斯坦被称为量子论的三大教父之一。但爱因斯坦深知波粒二象性将会对物理学引起的巨大变革,甚至会引起一场危机。

爱因斯坦的独立思考能力、对经典物理学极其严峻的批判态度和合乎理智的傲慢品格,确实在1905年给科学界留下了极其深刻的印象。开始人们也许会认为他虽然目光敏锐、思想深邃,但也太过分了,太孟浪了。凡是其他人已经作为事实接受的结论,或者被认为是天经地义般的金科玉律,在他看来似乎都有缺陷,应该予以批判。有时这种批判能力简直令人难以置信,尤其是在光的本性上,爱因斯坦的批判和由此而提出的光量子假说,几乎没有一个人能够接受;唯一能接受的斯塔克又错误地领会了爱因斯坦的意思。

为什么光量子假说会让人们无法接受呢?这其中原因十分复杂,但简言之不外乎两个方面。

(1)光的波动说与光的粒子说经历过长期的争论,到19世纪20年代由于光的衍射、干涉、偏振等证实波动说的实验的成功,光的波动说才终于战胜了光的粒子说,并取而代之。麦克斯韦电磁理论的成功,将光的波动说推上成功的巅峰。这一系列的成功离1905年并不遥远,1888年赫兹用实验证实麦克斯韦电磁波的假说,也只不过才过去17年。在这时爱因斯坦突然提出光量子说,人们一时难于接受是可以理解的。

(2)爱因斯坦的光量子说并不是重新回到牛顿光粒子说中去,他的光量子说认为光既具有波动性又具有粒子性。正是这种“二象性”(duality)不仅使科学界几乎所有的人不能接受,连爱因斯坦本人也深感其中有着很难克服的矛盾,因此有时不免显得顾虑重重和犹疑不决。因为“光的二象性”不仅在物理概念上让人无法接受波是弥散于无限空间的,而粒子是集中于空间某一处的,光一会儿弥散于无限的空间,一会儿又集中于一处),而且也没有描述这种特性的数学工具。甚至连ε= hν这个公式都让人不能接受,因为它把无法联系的物理量(光量子的能量和辐射的频率)“硬拉”到一个公式里,让人觉得稀奇古怪。很明显,只有当辐射是一种波的时候,频率才有意义呀!这个爱因斯坦真是不可思议!他是谁呀,上帝?

由此可以想到,光量子说一提出来其命运肯定会险恶异常。事实上,从1905年提出光量子说到1910年,据普朗克说也只有三个人支持光量子假说,他们是德国的斯塔克,英国的拉莫尔(J. Lamor,18571942)和J. J. 汤姆逊。连提出量子概念的普朗克都不同意光量子假说,他于1907年7月6日写信给爱因斯坦说,光量子只在吸收和发射的地方才有意义,至于在空间传播时,他认为:“真空中传播的过程已由麦克斯韦方程做了精确的描述。至少我还没有发现什么令人非相信不可的理由,要抛弃这个目前看来似乎是最简单不过的假说。”

普朗克是《物理学年鉴》的理论文章的责任编辑,他既然一开始就不同意光量子说,为什么又同意刊登爱因斯坦这篇文章呢?这恐怕正好反映了普朗克自由、宽容的作风:我不同意你的观点,但我支持你发表不同的意见。壮哉!

爱因斯坦不能同意普朗克的批评,他在1908年给朋友劳布J. J. Laub的一封信中曾写道:

 

普朗克也是一位志趣非常相投的通信者。只是他有一个弱点,就是不会寻找通往那些他觉得格格不入的思想的门径。这就说明了他为什么对我最近关于辐射的研究提出错误的反对意见。他还没有答复我的批评。因此,我但愿他已经读过,并且同意我对他的批评。这个量子问题是一个极端重要而又困难的问题,因此每一个人都应当在它上面下功夫。

 

有一次,爱因斯坦甚至激烈地批评普朗克,说他“顽固地坚守着那些无意识错误的先入之见”。

荷兰的洛伦兹相信普朗克的量子论,但他也不相信光量子假说。他在1909年4月12日给维恩的信上这样写道:“尽管我不再怀疑正确的辐射公式只有通过普朗克的作用量子假说才能得到,但是,我认为要把这些能量元当作在传播过程中能保持整体性不变的光量子看待,则是根本不可能的。”

到1913年,普朗克还拒不承认光量子假说。这年普朗克推荐爱因斯坦为普鲁士科学院院士时,他在推荐信中这样写道:“爱因斯坦在他的探索中有时可能会走极端,例如在光量子假说中。但这对他来说无可厚非,因为如果在精密科学中不偶尔冒点险,就不会有天才的革新。”

但爱因斯坦却毫不气馁,仍然继续设法打消人们对光量子假说的疑虑,坚持不懈地推进量子论的发展。因此,爱因斯坦被称为量子论的三大教父之一。但爱因斯坦深知波粒二象性将会对物理学引起的巨大变革,甚至会引起一场危机。人们(包括他自己)对这种变革或危机的认识和准备都还很不够,因此他表现得十分谨慎。这在1905年3月论文的题目上就显示出来了:他提出来的只是“一个启发性的观点”。在1911年索尔维会议上爱因斯坦又说:“我坚持(光量子)概念的暂时性,看来它和实验所证实了的波动理论结果是不可调和的。”

也许正是由于这种深思熟虑,由于这种谨慎,在一段时期里形成一种误会,以为爱因斯坦要“放弃”光量子假说了。对于爱因斯坦的谨慎,荷兰物理学家派斯(Abraham Pais,19182000)曾经这样写道:“我的印象是光量子思想所受到的阻碍如此强烈,以爱因斯坦的谨慎很可能犯了一个犹豫不决的错误。但是,从他的文章和信件来判断,我感到没有证据表明他在任何时刻放弃了他在1905年所做的任何表述。”

1916年似乎为光量子带来了好运气。

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