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1、索耳威会议和量子物理学的发展全书完索耳威会议和量子物理学的发展(全书完)2011年11月27日 索耳威会议和量子物理学的发展(全书完) 索耳威会议和量子物理学的发展 (1961年10月在布鲁塞尔第十二届索耳威会议上的演讲.载于 《量子场论)一书. 恰恰在五十年前在恩耐斯特.索耳威的高瞻远瞩的首倡下开 始召集的、并在他所建立的国际物理学研究所的主持下继续召开 的一系列会议,对于物理学家们说来,曾经是讨论作为不同时期兴 趣中心的那些基本问题的一种独一无二的机会,从而也在许多方 面刺激了物理科学的近代发展. 每一届会议上的报告和随后的讨论都有详细的纪录;对于想 要对在本世
2、纪初期兴起的那些新问题的探索过程有一个印象的治 科学史的人们来说,这些纪录将来将是最有价值的情报源泉.事 实上,通过整整一代物理学家们的共同努力而对这些问题进行的 逐步澄清,在随后的年代中不但如此巨大地扩大了我们对于物质 原子构造的洞察,而且甚至在物理经验的概括方面也导致了一种 新前景. 作为在时间过程中曾经参加过很多次索耳威会议并在最早的 几次会议上和许多与会者有过个人接触的人员之一,我欣然接受 邀请,郑州投影机,来借此机会谈谈我关于各次讨论在阐明我们所面临的问题 方面所起作用的若干回忆.在处理这一工作时,我将力图在原子 物理学在过去五十年中所经历的多方面发展的背景
3、上来介绍这些 讨论. I 1911年的第一届索耳威会议的题目是"辐射理论和量子",这 一题目本身就指示着当时的讨论的背景.上一世纪物理学中最重 要的进展,或许就是对辐射现象提供了如此影响深远的解释的麦 克斯韦电磁理论的发展以及热力学原理的统计诠释,这种诠释以 玻耳兹曼(Boltzmann)对于捕和复杂力学体系的状态几率之间的 关系的认识为其顶峰.但是,和周围器壁处于热平衡的空腔辐射, 其波谱分布的说明却带来了出人意料的困难,这些困难通过瑞利 的精辟分析而得到了特别的显露. 在本世纪的第一年,普朗克关于普适作用量子的发现,形成了 发展中的一个转折点;这一发现揭示了原
4、子过程中的一种整体性 特色,这是完全超出于经典物理概念之外的,甚至是超越了物质有 限可分性这一古代学说的.在这种新背景上,爱因斯坦在早期就 强调了在详细描述辐射和物质之间的相互作用的任何企图中都会 涉及的表现佯谬;他不但使人们注意到低温下固体比热的研究给 普朗克的见解提供的支持,而且,联系到他对光电效应所作的创造 性处理,他也引入了基元辐射过程中作为能量和动量的载体的光 量子或光子的概念. 事实上,光子概念的引入,意味着牛顿和惠更斯时代关于光的 颗粒构造或波动构造的古老两难推论的复活;通过辐射的电磁理 论的建立,这种两难推论似乎已经在有利于波动学说的条件下解 决了.
5、当时的形势是顶奇特的,因为普朗克恒量乘以辐射的频率 或波数就得到的光子能量或光子动量,而这种定义本身就直接牵 涉到波动图景的一些特征.于是,我们就面临着经典物理学中不 同基本概念的应用之间的一种新颖的互补关系;这种关系的研究, 在时间过程中将使决定论描述方式的有限范围的明朗化,并且甚 至对最基本的原子过程也要求本质上是统计性的说明. 会上的讨论是由洛仑兹的一次精彩演讲开始的,他说明了一 种以经典概念为基础的论证,这种论证导致了能量在物理体系的 不同自由度之间的均分原理;这里的自由度不但包括构成体系的 各物质粒子的运动,而且也包括附属于粒子电荷的电磁场的简正 振模.然而
6、,遵循着瑞利关于热辐射平衡的分析路线,这种论证却 导致了众所周知的佯谬结果,那就是,任何温度平衡都是不可能 的,因为体系的全部能量都要逐渐传给频率递增的电磁振动. 表面看来,使辐射理论和普通的统计力学原理相互调和的唯 一方法,就是金斯提出的下述建议:在实验条件下,我们所遇到的 不是真正的平衡,而是一种似稳态,在这种似稳态中我们是看不到 高频辐射的产生的.人们在感受到辐射理论中的困难时的那种深 切性,可以用会议上宣读的瑞利勋爵的一封来信作为标本,他在信 中劝告人们仔细考虑金斯的建议.但是,通过进一步的检查,很快 就发现金斯的建议是不可能成立的. 在很多方面,会上的报告和
7、讨论是极有启发性的.例如,在瓦 尔堡(Warburs)和鲁滨斯(Rubens)报告了支持普朗克温度辐射定 律的实验资料以后,普朗克自己对于引导他发现了作用量子的论 证进行了说明.他在评论将这种新特色和古典物理学观念构架调 和起来的困难时强调指出,本质性的问题不在于新的能量子假说 的引入,而在于作用量概念本身的重新塑造,他并且表示确信,在 相对论中也能成立的最小作用量原理,将成为量子理论进一步发 展的指南. 在会上的最
