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理论物理学的原理

时间:2022-02-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:在那种情况下,要断定这些理论的原理是否符合实在,也许需要作多年的实验研究。另一方面,从理论观点来看,这理论还不能完全令人满意,因为刚才所讲的相对性原理偏爱于匀速运动。————————————————————这是爱因斯坦于1914年接受普鲁士科学院院士职位时所作的讲话。
理论物理学的原理_在普鲁士科学院的就职讲话_爱因斯坦文集

首先我应当诚挚地感谢你们,给了我一个像我这样的人所能得到的最大恩惠。你们把我选进你们的科学院,使我不再为我的职业而发愁和操心,使我有可能全心全意地从事科学研究。即使当我的努力在你们看来只得到一点可怜的结果时,也请你们仍然相信我的感激和勤恳。

请允许我趁此机会讲点有关我的活动领域,即理论物理学,对实验物理学的关系的一般性见解。前几天有位研究数学的朋友半开玩笑地对我说:“数学家能够做很多事情,但绝不能马上做到你想要他做的那些事情。”当理论物理学家受到实验物理学家的请求时,情况也往往如此。这种适应能力的特别欠缺,究竟是什么缘故呢?

理论家的方法,在于应用那些作为基础的普遍假设或者“原理”,从而导出结论。他的工作于是可分为两部分。他必须首先发现原理,然后从这些原理推导出结论。对于其中第二步工作,他在学生时代已得到了很好的训练和准备。因此,如果在某一领域中或者在某一组相互联系的现象中,他的第一个问题已经得到解决,那么只要他相当勤奋和聪明,他就一定能够成功。可是第一步工作,即建立一些可用来作为演绎的出发点的原理,却具有完全不同的性质。这里并没有什么可以学习的和可以系统地用来达到目的的方法。科学家必须在庞杂的经验事实中间抓住某些可用精密公式来表示的普遍特征,由此探求自然界的普遍原理。

这种公式一旦胜利完成以后,推理就一个接着一个,它们往往显示出一些预料不到的关系,远远超出这些原理所依据的实在的范围。但是,只要这些用来作为演绎出发点的原理尚未得出,个别经验事实对理论家是毫无用处的;实际上,单靠一些从经验中抽象出来的孤立的普遍定律,他甚至什么也做不出来。在他没有揭示出那些能作为演绎推理基础的原理之前,他在经验研究的个别结果面前总是无能为力的。

目前关于低温下的热辐射和分子运动定律,理论所处的地位正是这样。大约在15年以前,谁也不会怀疑,只要把伽利略-牛顿力学用到分子运动上去,同时根据麦克斯韦的电磁场理论,就有可能正确地说明物质的电、光和热的性质。这时,普朗克指出,为了建立一个同经验一致的热辐射定律,就必须使用一种愈来愈明显地不相容于古典物理学原理的计算方法。为了要用这种计算方法,普朗克在物理学中引进了量子假说,这在以后得到了辉煌的证实。当他把这种量子假说应用到以足够低的速率和足够大的加速度在运动着的足够小的物体上的时候,他就推翻了古典物理学,因此在今天,伽利略和牛顿所提出的运动定律只能认为是极限定律。理论家们尽管作了艰辛的努力,可是他们还未能成功地用另一些适合于普朗克的热辐射定律或者量子假说的原理,来代替力学原理。虽然,无可怀疑,用分子运动来解释热这件事已得到了确证,然而我们却还不得不承认:关于这种运动的基本定律,我们今天所处的地位,很像牛顿以前的天文学家关于行星运动所处的地位。

我刚才所讲的是这样一类事实,对于它们的理论处理,还找不到什么适当的原理。但也完全可以有另外一种情况,那就是明确提出的原理所导致的一些结论,是完全或者几乎完全处于我们的经验在目前所及的实在范围之外的。在那种情况下,要断定这些理论的原理是否符合实在,也许需要作多年的实验研究。在相对论中就有这样的例子。

对空间和时间这两个基本概念的分析,使我们明白,由运动物体的光学所显现出来的在空虚空间中光速不变原理,绝不强迫我们承认静态的光以太理论。相反,却有可能作出一种概括的理论,它考虑到下面这样的事实:在地球上进行的实验,绝不能揭示出地球的任何平移运动。这就必须用到相对性原理,那原理说:当人们从原来的(被认可的)坐标系转移到一个对它作匀速平移运动的新坐标系时,自然规律并不改变它们的形式。这理论已从实验得到了可靠的证实,并且使一组组已经联系在一起的事实的理论描述得到了简化。

另一方面,从理论观点来看,这理论还不能完全令人满意,因为刚才所讲的相对性原理偏爱于匀速运动。从物理学的观点来看,不可给匀速运动以绝对的意义。如果这是正确的话,那么就产生了这样的问题:这种讲法是不是也应当扩充到非匀速运动上去呢?已经弄明白,如果人们以这种扩充了的意义来提出相对性原理,那么就得到相对论的一种无歧义的推广。人们由此得到了包括动力学的广义引力论。可是在目前,我们还没有一系列必要的事实,可用来检验我们提出这样假定的原理是否得当。

我们已经知道,归纳的物理学向演绎的物理学提出问题,反过来,演绎的物理学也向归纳的物理学提出问题,而回答这些问题,那是需要我们全力以赴的。愿我们通过我们团结一致的努力,在永恒的前进中迅速取得胜利!

 

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(1) 这是爱因斯坦于1914年接受普鲁士科学院院士职位时所作的讲话。讲稿最初发表在《普鲁士科学院会议报告》(Sitzungsberichte der preussischen Akademie der Wissenschaften)1914年,第二部,739—742页。这里译自1954年出版的爱因斯坦文集《思想和见解》(Ideas and Opinions),纽约,Crown出版公司,220—223页。——编译者

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