能量守恒定律经历的三次考验

能量守恒定律是19世纪的三大科学发现之一，这个规律并不仅是从数学上推导出来的一个结论，而是从大量的实验中总结出来的结果。到目前为止，能量守恒规律还没有与自然现象的观察结果发生过矛盾。不过，自从能量守恒定律提出后，这个定律曾三次受到怀疑和考验。

1896年，物理学展开了新的一页。这一年伦琴发现了X射线，接着贝克勒尔发现了铀元素的放射性。1898年，居里夫妇又发现了具有很强放射性的镭元素。对于镭这类放射性元素为什么能放出大量能量，以前的理论都无法解释。于是，法国物理学家庞加莱就怀疑起能量守恒定律的正确性来。他在1905年出版的《科学的价值》一书中讨论了“数学物理学今日的危机”，提出“能量守恒原理现在已成为悬案，所有其他的原理也遭到危险。”不过，后来物理学的发展表明，能量守恒定律不仅经受了考验，而且形式得到了发展，内容更加丰富了。

此后，能量守恒定律又遭到两次怀疑，这两次怀疑都是由哥本哈根学派的首领玻尔提出来的。

一次是发生在1924年，玻尔和他的助手提出，为了解决光在传播时的波动性同光在吸收和发射时的粒子性的矛盾，必须假定光是概率波，能量守恒定律只在统计的平均上才成立，而对于光的吸收和发射的单个过程并不成立。然而，一年后海森伯等建立了量子力学，再过一年，薛定谔又建立了波动力学，这两个理论都能够顺利地解决微观客体的波动性和粒子性的矛盾，而它们都以能量守恒定律作为理论基础的。于是，玻尔等人对能量守恒定律的怀疑也就没有了依据，能量守恒定律再一次经受住了考验。

20世纪30年代，物理学家开始探索原子核衰变，实验表明，在原子核衰变过程中，如果是放射出α粒子（即氦原子核）或γ射线（波长比X射线还短的电磁波），这些α粒子或γ射线都具有确定的能量值，也符合能量守恒规律。但β衰变的过程中，所放射出来的电子的能量却是连续分布的，而且还发生了所谓“能量亏损”的现象，即原子核在衰变前后的能量差，并不等于β粒子所具有的能量，也就是说，在β衰变过程中能量丢失了，于是，一些物理学家又对能量守恒定律产生了怀疑。1931年玻尔提出，能量守恒定律在原子核这一新的领域中，可能不再成立了。由于β衰变过程中的“能量亏损”关系到能量守恒定律是否真实可靠，因此，这个问题很快成为20世纪30年代物理学中的一个重大问题，引起了许多物理学家的密切关注和积极研究。

当时，有一些物理学家坚信能量既不能创生也不能消失的信念，坚持认为能量守恒定律是一个普遍的物理规律。泡利就是这一派物理学家的一个代表，1933年，泡利根据能量守恒定律提出了“中微子”假说，他认为，在β衰变过程中总能量是守恒的，所以会出现“能量亏损”现象，原因是有一部分能量被一种叫作中微子的粒子带走了。由于中微子不带电，以往的观测仪器没有探测到它，所以，不是能量消失了，而是部分能量被转化为我们暂时还不知道的一种形态。

泡利的假说得到了意大利物理学家费米的赞同，1934年费米在泡利假说的基础上，建立了β衰变的理论，费米提出，β放射性是核内的中子在转变为质子时，放射出电子（即β粒子）和中微子的过程，在这个过程中，能量守恒定律完全成立。后来，人们在实验中果然发现了中微子，证明了泡利和费米的理论是正确的。

以上这些事实表明，每当物理学中出现与能量守恒规律相矛盾的观点时，历史都证明了这些观点是错误的。历史给予我们一个极为宝贵的启示：能量守恒定律是一个伟大的运动基本规律，从事物理学的研究，我们千万不要忘记了这个定律。