| |
第十二章 新物理学的基本概念
|
| |
经典物理学中使用的概念的结构基础是由重合关系构成的，这些重合关系被认为是能直接观察到的。但是实际上，这些重合关系是由某些知觉经验所构成的，仅当有可能在被观察的事物与观察方法之间给出严格区别时这些重合关系才能被当作是观察的客观结果。严格他说，即使在经典理论中，完全精确的区别也是不可能的，这是因为两者之间的相互作用总是干扰着被观察的事物。但由于在原则上这种干扰可以根据要求而任意地减小——只要该相互作用是连续的——，因此，鲜明的区别至少在理论上是能够作出的。但假如相互作用不连续——就是说假如在任何自然过程中（而观察本身就是一个自然过程）要发生有限的能量交换——，这种区别就不再可能了。量子论的基本原理就是认为实际上发生了这一种能量交换，因此，根据量子论，观察以及对自然的客观描述这两个概念就都是成问题的。这样，主体与客体之差别这一古老的哲学问题又以确凿的形式在这儿重新出现了。要决定什么属于观察的过程，什么属于被观察的过程，在一定限度内是任意的。这样就发生了困难，要解决这些困难需要一种新的概念系统，这一系统必须保有和感官知觉的联系。
作为量子论基本事实的自然事件不连续性，首先为普朗克在辐射过程中发现。他的结论导致了随后被确认无疑的假设，即频率v只能在值为hy的能量量子中出现，此处h，即所谓普朗克作用量子，为一普适常数。在常用单位制中其值等于6.55×10-27。”
光以量子形式传播的观念同以前那种连续球面传播的概念是不相容的。
因为按照后者，在离开光源极远的地方，辐射能量密度可变为任意小，而按照量子论，小于hv的能量是不存在的。
所有观察干涉现象的实验仪器都表明光具有波那样的性质。这是和经典光学一致的。但另一些实验却同样清楚地显示辐射的粒子性质。人们可能要推测存在着两种种类不同的辐射，但这一假设是不能接受的，因为出现这一种还是那一种并不取决于光源而是取决于进行观察的方式。另一种假设认为光源发射出一种可以说是中性体的东西，这种中性体只有通过被观察或被记录才会得到确定的形态。这一假设同样是不能接受的，因为所谓波和粒子的区别其意义正好就在于传播的不同。描述光的传播所遇到的这些困难同那种试图用玻尔原子模型来阐明量子的吸收和发射所遇到的困难是一致的。玻尔的模型仅仅提供了在原子内转动的电子的能值与放出的辐射频率之间的一种抽象关系。虽然这种关系使我们能够对光谱的结构作出种种预测——它们都辉煌地得到了确认——，但是对于原子放射和吸收量子的过程它却什么也没有告诉我们。它仅仅允许我们陈述说，这些过程的发生不遵从任何定律——换句话说，即这些过程的发生只受概率法则的支配。德布罗意把这种在辐射中呈现出来的波粒二象性提高到描述自然的普遍原理的地位。他认为，一切质量为m的粒子（按照相对论该粒子含能量mc²）都一定与一个频率为v的波相联系，其中v由关系mc²=hv决定①。很快，实验就确认粒子射线确实具有波的特性，并具有所预言的频率。从此，这种双重性质就被确立为基本物理概念的普遍属性，并被玻尔称为是“并协的”。
①
德布罗意：《光学理论之旧途径与新展望》，载《形而上学与道德评论》，41 [1934]
要消除上述两种解释的矛盾（相互矛盾的既不是实验也不是事实——而只是解释），只有在小尺度或微观过程中放弃知觉映象。有一种观点认为自然律的意义只能是为了预测的目的而在各观察数据之间构写种种有规则的联系。正是这种哲学观点使海森伯放弃了所有的知觉模型而来寻求一种会达到所希望结果的数学形式主义。借助于这种数学形式主义，用时空方法不能解释的原子状态就可以用纯粹形式的数字来图解式地表征了。另一显然十分不同的理论是由薛定愕提出的，那就是“波动力学”。从波动力学可以把适用于大尺度现象的经典力学作为极限情况而推导出来，就象从波动光学推导出几何光学一样容易。在这理论中有一个满足所谓薛定谔波动方程的量ψ出现，但该量在可以直接测试的最后结果里又被消去了。薛定谔本人把ψ解释为是对每一点上电荷密度的量度——这一解释看来不切实际。另一方面，玻恩的解释把每点上ψ的值看作是在该点发现一个粒子或光量子的概率的量度。这一解释则较易为人接受。这样说来，那种在波动中传播的东西不是物理的实在而是概率的量度。对此，我们必须补充说，波ψ的传播并不是在普通空间中进行而是在位形空间中进行的。所谓位形空间只是一种图解式的辅助结构，其维数就等于存在的独立坐标数。这整个理论是一种估计一定事件发生概率的极为抽象的方法——它不是一个模型。
后来人们发现，海森伯的理论与薛定愕的理论尽管在形式上完全不同，在物理上却是完全一致的，换句话说，它们分别给出了关于实在的相同的命题。这是一个重要的例征，表明了一个普遍的真理：一个理论的本质仅仅在于它的逻辑结构，它的符号外衣或知觉外衣对于它的说明价值是很不重要的。
德布罗意和薛定愕的思想起源于那种想把自然中的粒子特性统统归结为波的特性的愿望，并从而把粒子及其运动可以说都看作是虚幻的，或者就看作是这样的一些点，在这些点上波列与波列以一种十分特殊的方式发生干涉（即所谓波包）。与此相反，玻恩的观点似乎是试图仅仅把粒子和量子看作是实在的，波则被当作了一种辅助的结构。这两种理论究竟哪一种是正确的？这个问题并没有物理意义。不管何种情况，以光速运动着的量子和以较小速度运动着的粒子这两者之间的区别还是存在的。粒子具有一种所谓静止质量，这是量子所没有的。根据德布罗意，与运动速度为V的粒子相联系的波，其传播速度为W＝C²/V
，这样，该速度就大于光速。但由于这并不牵涉到效果的实际传播，所以它并不和相对论矛盾。恰恰相反，这些新的思想能使我们断定说，世界上用来传播一切效果的真实的速度只有一种，而所有其他的运动，或者可以说是虚幻的，或者就是第二性的，就象水面上波的运动，决不能把它错认为是水的微粒的真实运动。
| |
|