彭加勒与物理学危机论文

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1、彭加勒与物理学危机论文内容提要19世纪末和20世纪初，接踵而至的一系列新实验事实与经典物理学理论发生了不可调和的矛盾，动摇了整个物理学理论的基础，导致了物理学危机。当时老一辈的物理学家囿于机械论的自然观，看不清物理学发展的形势，只是企图在旧理论的框架内进行修补，找不到摆脱危机的出路。在当时著名的科学家当中，对物理学发展形势看得最为清楚的是法国数学家彭加勒（JulesHenriPoincaré,1854-1912）。他于1905年明确提出了物理学危机.freelThomson，1824~1907)在1884年宣称：“在我没有给一种事物

2、建立起一个力学模型之前，我是永远也不会满足的。如果我能够成功地建立起一个模型，我就能理解它，否则找就不能理解。”汤姆逊(J.J．Thomson,1856~1940)的言论代表了一代物理学家的思想。他在1888年说；“一切物理现象都能够从力学的角度来说明，这是一条公理，整个物理学就建造在这条公理之上。”1894年，赫兹甚至在批评牛顿力学有关基本慨念的著作中还坚持认为：“把一切自然现象还原为简单的力学定律是物理学的课题，在这一点上，所有的物理学家都是一致的。”的确，自1687年以来，物理学200年间基本上是在牛顿所提出的理论框架内发展起

3、来的，到19世纪后期，已经形成了经典物理学的严整理论体系，几乎能说明所有已知的物理现象．当时，许多物理学家踌躇满志，他们以为宇宙秘居扃，无不尽辟，后人只要继守先人之遗业，稍加雕饰就可以了。80年代初，当普朗克(M.Planck，1859~1947)表示决心献身理论物理学时，他的老师、著名的德国实验物理学家约利(P.vonJolly,1809~1884)规劝他说：“年轻人．你为什么要断送自己的前途呢?要知道，理论物理学已经终结，微分方程已经确立，它的解法已经制定，可供计算的只是个别特殊的情况．可是，把自己的一生献给这一事业，值得吗?”

4、l894年，另一位未来的著名物理学家密立根(R.A．Millikan，1868~1953)也受到类似的忠告。当时与他同宿舍的从事社会学和政治学研究的同学告诉他：“物理学已经僵死了”，“没有搞头了”，希望他能转到社会科学这一“新颖的”、“活生生的”领域。迈克耳逊(A.A.Michelson1852~1931)在1894年的演说中甚至公开宣称：“未来的物理学真理将不得不在小数点后第六位中去寻找。”据说，这句话大概是开耳芬勋爵早先讲过的。正当物理学家怡然自得之时，一些实验事实却在他们心头暗暗地投下了阴影。1887年，迈克耳逊和奠雷(E.M

5、.Morley，1836~1923)通过精密的实验，发现在地球和以太之间并没有显著的相对运动，从而否定了较为流行的菲涅耳(A．J．Fresnel，1788~1827)的静止以太说。”但是，静止以太说不仅为电磁理论所要求．而且也受到早先的光行差现象和菲索(A．Fizeau，1819~1896)实验的支持。这样，作为光现象和电磁现象传播媒质的以太这一力学模型在性质上就难以自圆其说，光学和电磁学的力学基础于是面临着动摇的危险。为了摆脱困境，斐兹杰惹(G.F.Fitzgerald，1851—1901)和洛伦兹分别于1889年和1892年提出

6、了收缩假设。根据这—假设，物体在运动方向的缩短恰恰抵消了地球相对以太运动时所引起的干涉条纹的位移。洛伦兹认为，这种收缩是一种真实的动力学效应。因此，物体在运动时，它的密度就会因方向而异，透明体理应显示出双折射现象。可是，瑞利勋爵(LordRayleigh，1842~1919)1902年做了实验，并未发现预期的结果。经典理论所无法解释的新的实验事实，即所谓的反常现象接踵而至，气体比热的实验结果也与能量均分定理发生了尖锐的冲突。19世纪中叶，玻耳兹曼(L.Boltzmann，1844~1906)和麦克斯韦提出的能量均分定理能够解释许多现

7、象.对于常温下的一般固体和单原子气体的比热，也能给出比较满意的答案，但是对于双原子和多原子气体，实测的定压热容量与定容热容量之比显著地大于理论计算值。连吉布斯(J.arieS.Curie，1867~1934)以敏锐的眼力穿透迷雾，开辟了一个新的领域。她猜想，铀射线就是铀原子本身发射出来的；是否还有像铀一样的其他放射性元素呢?她与居里(PierreCurie，1859~1906)合作，发现钍也具有放射性，接着又发现了放射性更强的新元素钋和镭。1879年他们还注意到，如果把钋或镭的化合物与磷光物质叠在一起，磷光物质便能持续发出微光，可是

8、外界并没有给它提供能量。不幸，由于居里夫妇受到当时在法国流行的实证主义和唯能论思潮的影响，他们不仅过于谨慎，而且事先就倾向于一种毫无结果的热力学模型。他们错误地认为，放射性物质的射气不是普通的物质，而是一种能量。使他们在放射性本质的研