《近代物理学的奠基人和革命者》文献资料

近代物理学的奠基人和革命者文献资料陈东 2015-10-9【经典力学】伽利略 1992 教会 平反 茫茫沧海夜，万物匿其行。天公降牛顿，处处皆光明。（来源：阎照祥：英国史（二版修订本），北京：人民出版社，2014.10，第198页。）牛顿的回信激怒了胡克，他开始向牛顿发难，指称牛顿论文所用研究方法自相矛盾，由此两人结下了粱子。就是在与胡克的论争中，牛顿说出了被后人不断引述的“双关语”：“假如我看得比较远，那是因为我是站立在你们这些巨人的肩膀上。”传记作者说，这句话“真正显露出牛顿的骂人本领，犹如刀锋般的尖利”。因为胡克不仅是“世界上最大话连篇、最没信用的人”，而且还是一个驼背和体形扭曲的矮子。因此，牛顿说胡克是个巨人，实际上骂他是矮子。（来源：张剑著,世界科学中心的转移与同时代的中国,上海科学技术出版社,2014.11,第48页。）法国的一位自然哲学家在半懂不懂地读完原理一书之后对牛顿佩服得五体投地，他向与之讨论的教授打听一切有关牛顿的消息，他在问过牛顿头发的颜色之后如此问道：“他吃饭吗?喝水吗?睡觉吗?像别人一样过日子吗？”（怀特：最后的炼金术士：牛顿传，陈可岗译，中信出版社，2004年，289页。）这种疑惑中把牛顿神化的趋势在法国启蒙运动代表人物伏尔泰那里表现得最为明显。（来源：翟宇著,现代理性的成长：科学革命与启蒙运动,长春出版社,2010.01,第220页。）但该书（自然哲学的数学原理）发行之初，能读懂它的人寥若晨星。有位学生在剑桥校园看见牛顿走过，对同学说：“方才走过去的那个人，写了一本别人看不懂，而他自己也不懂的书。”（来源：张剑著,世界科学中心的转移与同时代的中国,上海科学技术出版社,2014.11,第50页。）夏特莱夫人翻译的自然哲学的数学原理一书中的插画，天上的是牛顿，在桌前写字的是伏尔泰，她自己则化身为缪斯女神。（来源：胡翌霖著,过时的智慧：科学通史十五讲,上海教育出版社,2016.07,第197页。）【现代物理学】开尔文(Kelvin)的讲演，这个讲演提到19世纪末物理学的晴空中漂浮着两朵乌云，除却黑体辐射之外，另一朵乌云就是我们反复谈到过的以太。（来源：史宁中著：数学思想概论（第5辑）自然界中的数学模型,东北师范大学出版社,2015.03,第268页。）经过300年的发展，19世纪末20世纪初经典物理学以经典力学、电动力学、热力学与统计物理学为支柱建立起一座宏伟的经典物理学大厦。当时的人们乐观地认为，物理学大厦已然建成，留给未来的只是一些修修补补的工作。与此同时人们也注意到，经典物理学虽然能够说明当时几乎所有的常见物理现象，但也出现了一些经典理论难以解释的现象，这些现象实际上预示着物理学中潜伏着危机。1900年4月27日英国著名物理学家开尔文勋爵（威廉汤姆生，1824-1907）在英围皇家学会发表了题为19世纪热和光的动力理论上空的乌云的长篇演讲，指出“动力学理论断言热和光都是运动的方式，可现在是，这种理论的优美性和明晰性被两朵乌云遮蔽得黯然失色了。第一朵乌云是随着光的波动理论开始出现的。菲涅耳和托马斯扬研究过这个理论，它包括这样一个问题：地球如何通过本质上是光以太这样的弹性固体而运动呢？第二朵乌云是麦克斯韦，玻尔兹曼关于能量均分的学说”。其实，经典物理学上空的乌云又何止两朵，一系列经典物理学无法说明的实验事实已与经典物理学的基本概念和基本规律产生了尖锐的矛盾，这朵朵乌云催生出20世纪科学革命的狂风暴雨，导致了现代物理学的诞生。（来源：张密生主编；左汉宾副主编,科学技术史 第3版,武汉大学出版社,2015.09,第110页。）19世纪末的物理“末世”理论危机现代物理学的产生源于19世纪末经典物理学的理论危机与新事实的发现（X射线、放射性与电子），它们共同促成了新理论的诞生。在19世纪末，近代物理学获得了全面的发展，形成了力学、光学、电磁学和热学等完整的体系，相对于其他科学技术领域而言，已是硕果累累、威力无比，以至于在物理学家中间产生了一种自豪甚至自满但也多少有点无可奈何的情绪，比较典型、常被人们提及的事件至少有三个：一是电磁波理论的建立者麦克斯韦所生活时代的一种流行的说法，认为科学的完善性已经大功告成，物理学家们只需要对一些主要物理常数的小数点后面若干位进行修改就行了，麦克斯韦在极力平息新这种看法；第二个典型的事件是量子理论的开创者普朗克在他17岁决定主攻物理学时得到的劝告，当时是1875年，普朗克的老师、慕尼黑大学的约利教授告诉他说，在这一学术领域中，已经没有什么本质上新的东西有待发现了，投身在这一领域实在太可惜；第三个事件，也是最为著名的一个典型，是著名英国物理学家、热力学温标（绝对温标）的发明者、热力学第二定律的提出者之一开尔文勋爵在1900年的英国皇家学会的新年致辞中，不无乐观地宣称：“在已经基本建成的科学大厦中，后辈物理学家只要做一些零碎的修补工作就行了。”在他的心目中，物理学已经很完美了，物理学家们今后也就无事可做了。不过，他又不无忧虑地指出：“但是，在物理学晴朗天空的远方，还飘浮着两朵小小的令人不安的乌云。”他指的是当时还无法解释的两个问题：黑体热辐射问题和迈克尔孙一莫雷实验所涉及的以太问题。其实，这两朵乌云被开尔文小视了，它们根本不小，已经使近代物理学陷入到深刻的危机之中。正是这两朵小小的乌云，最终酿成了倾盆大雨，掀起了一场物理学发展史上的风暴：一朵诞生了量子论，一朵诞生了相对论。从本质上来说，这两朵乌云都与光有关：前者涉及光的发射与吸收，与当时工业发展中用光学方法测量冶炼炉内温度的需要有关；后者涉及光的传播，与麦克斯韦电磁波理论及传播媒介问题有关。首先，众所周知，物体在被加热时都会发光，当温度达到一定程度时发出的是可见光，而且随着温度的升高光的颜色也随之而变，由红变黄、变白甚至变蓝；但是，过低的温度下物体发出的是看不见的电磁波。据此，物理学家们可以根据光的颜色来判断冶炼炉里的温度，天文学家们可以根据对星光光谱的分析来判断恒星表面的温度，甚至根据宇宙背景的射线光谱来判断宇宙背景的温度。而表面极暗极黑的物体是极为有效的电磁波辐射体，理想、完美的辐射体称为黑体(图3-1)，经典热学理论和经典电磁理论恰恰在黑体辐射问题上栽了个大跟头，理论描述与实验结果完全不符，是物理学天空中的一朵大乌云（根本就不是“小小的乌云”），显示出经典理论面临着重大危。其次，关于光的传播，一方面，麦克斯韦的电磁场理论不仅断言光就是一种电磁波，而且认为其传播速度与观察者的速度无关，这与同是经典物理学的伽利略速度加减定律相矛盾，显示出了经典物理学内部的不协调，令人感到困惑；另一方面，为了解释光的传播，人们假想有一种特殊的物质以太充当光的传播媒介，但迈克尔孙和莫雷的实验否定了以太的存在，又把人们送进了难以理解的深渊，这使物理学陷入到了另一个更为深刻的危机之中。这样两个巨大的危机，似乎要使物理学处于万劫不复的境地了！（来源：刘树勇，白欣，周文臣等著,大众物理学史,山东科学技术出版社,2015.08,第126-128页。）“1971年 原子钟环球飞行”爱因斯坦无论是对自己的工作成果，还是对其它研究者的工作成果，都持批判态度。他以自己一生的全部事业证实了化学家威廉奥斯特瓦尔德的意见：“对一位研究者来说，怀疑不仅是许可的，而且是他最首要的金科玉律。虔信对他的艺术是禁忌的。”这也证实了德国学者李希廷贝格(Lichtenberg，17421799)不朽的格言：“公认的意见和每个人都认为已成定论的东西，往往值得加以研究。”爱因斯坦轻视那些以绝对正确而闻名的科学家和哲学家。他在赠给列奥贝克(Leo Baeck)的一句格言中嘲笑他们：“谁企图在真理和认识的领域内要人们认为他是不可动摇的权威，那他就要在上帝的哈哈大笑声中垮台。”（来源：高之栋：自然科学史讲话,陕西科学技术出版社,1986年03月第1版,第602页。）早在1910年，兰帕就想让爱因斯坦来布拉格任职，为此事他还咨询过理论物理学泰斗马克斯普朗克。马克斯普朗克写信到布拉格的教师委员会,说:“如果爱因斯坦的理论能被证实我期待有那么一天，那他就是二十世纪的哥白尼。”如今,爱因斯坦已经笼罩在传奇光环之下，其成就被视为物理学界的转折点，堪比哥白尼。（来源：德菲利普弗兰克著；吴碧宇，李梦雷译,爱因斯坦传,长江文艺出版社,2016.11,第104页。）钟慢效应 尺缩效应 质增效应