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评理论物理学中问题的提法上的变化

时间:2022-02-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:近来,改造整个理论物理学体系,已经导致承认科学的思辨性质,这已经成为公共的财富。从笛卡儿和牛顿的时代起,首先企图把物理现象单纯地归结为不变的原子的运动。粒子是能荷载电荷的物质元素,被认为是场的凝聚的区域。相对论在其现在的形式中可以认为是场论的一个篇章。理论物理学的最年轻的领域——量子力学——追随粒子理论。但是它否认有可能用时间的函数来表示粒子的坐标,从而拒绝建立关于实在现象的模型。
评理论物理学中问题的提法上的变化_爱因斯坦文集

我们用感性知觉只能间接地得到关于外在世界的客体的知识。广义的物理学所面临的任务是建立这样一些关于实际发生的事件和现象的概念,以便在那些为我们的感官所感知的知觉之间确立起有规律的联系。显然,只有借助于思辨的理论才能完成这个任务。

现在,大家都知道,科学不能仅仅在经验的基础上成长起来,在建立科学时,我们免不了要自由地创造概念,而这些概念的适用性可以后验地(a Posteriori)用经验方法来检验。这种状况被前几代人疏忽了,他们以为,理论应当用纯粹归纳的方法来建立,而避免自由地创造性地创造概念。科学的状况愈原始,研究者要保留这种幻想就愈容易,因为他似乎是个经验论者。直至十九世纪,许多人还相信牛顿的原则——“我不作假说”(hypotheses non fingo)——应当是任何健全的自然科学的基础。

近来,改造整个理论物理学体系,已经导致承认科学的思辨性质,这已经成为公共的财富

我们还没有提出关于任何理论的“真理性”问题,我们只要问:理论究竟在什么程度上是有用的,借助于理论能得到哪些结果。如果最初是把理论想象为对实在客体的描述,那么,在较晚的时期,理论就被认为仅仅是自然界里发生的过程的一种“模型”。至于最近的发展阶段,量子力学甚至部分地否定了关于理论的模型性质这一概念。因为任何理论研究都具有思辨的性质,量子力学在用最低限度的理论元素所取得成就中看出了自己的主要目的。为了这个目的,量子力学甚至宁愿牺牲严格的因果性原理。

在这里,我只想从很肤浅的观点来看看我们关于物理实在的观念所经历的变化。

笛卡儿和牛顿的时代起,首先企图把物理现象单纯地归结为不变的原子的运动。空间、时间、原子(后者被赋予惯性和相互作用力),似乎成为任何物理理论的全部可能有的基础。

法拉第麦克斯韦引进电磁场概念以后,上述这些概念的第一个重大转折点来临了。场概念同物质粒子概念一起,成了基本的独立概念。

在上世纪末,甚至形成了把物质粒子归结为场概念的倾向。粒子是能荷载电荷的物质元素,被认为是场的凝聚的区域。

相对论在其现在的形式中可以认为是场论的一个篇章。相对论把空间和时间的属性也归结为连续的场,并且使度规几何失去了它的先验性质,而几何同其余物理学科的区别就在于这种性质。

粒子理论同场论在数学结构上大不相同。第一种理论企图用有限个数但数目非常之大的同时间有关的参数来表示实在。所有这些参数都满足一些微分方程。相反,第二种理论只用到很小个数的空间坐标和时间(或者四维的空间-时间坐标)的连续函数。

理论物理学的最年轻的领域——量子力学——追随粒子理论。但是它否认有可能用时间的函数来表示粒子的坐标,从而拒绝建立关于实在现象的模型。量子力学引进粒子位形的几率作为基本概念来代替上述概念。量子力学所研究的,不是描述粒子位形的变化连贯性的微分方程组,而是一个(或几个)指出位形几率怎样随时间变化的微分方程。

理论物理学的目前形势的特征是,迄今已知的每一个理论方向,在一定范围内都可以很好地描述现象,但是在这范围以外,它的适用性就受到限制。人们特别尖锐地感觉到,场论和量子力学得不到逻辑上令人满意的综合。大家相信,未来的统一理论的必要组成部分会包含上述两种理论。可是,谁也不能断言,他抱着无限的自我牺牲精神所从事的工作是很有成效的。甚至自然界摆在我们面前的那些很伤脑筋的谜,也没有能够引起任何人的怀疑;可是,我还是在想,我们这一代人的乐观主义,绝不是以清醒地估计了这一问题的困难为基础的。

 

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(1) 本文最初发表在《伊曼努尔·李布曼纪念刊》(Emmanuel Libman Anniversary Volumes),第一卷,纽约,国际版,1932年,363—364页。这里转译自《爱因斯坦科学著作集》俄文版,第4卷,1967年,167—169页。——编译者

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