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相對(duì)論和量子力學(xué)的誕生武際可:科技史選講之六1第一頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六2盡管我仰慕牛頓的大名,但我并不因此非得認(rèn)為他是百無(wú)一失的。我……遺憾地看到他也會(huì)弄錯(cuò),而他的權(quán)威也許有時(shí)甚至阻礙了科學(xué)的進(jìn)步。
(英)托馬斯·楊第二頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六31900年以前一些著名學(xué)者對(duì)經(jīng)典力學(xué)的批評(píng)經(jīng)典力學(xué)上空的“烏云”相對(duì)論量子力學(xué)相對(duì)論與量子力學(xué)的產(chǎn)生是一場(chǎng)革命第三頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六4經(jīng)典力學(xué)在18、19世紀(jì)用來(lái)解釋客觀世界的規(guī)律,取得了巨大的成功。一些學(xué)者為經(jīng)典力學(xué)所取得的成功而沾沾自喜,如發(fā)明干涉儀的美國(guó)科學(xué)家邁克爾遜說(shuō):“雖然任何時(shí)候也不能擔(dān)保,物理學(xué)的未來(lái)不會(huì)隱藏比過(guò)去更令人驚訝的奇跡,但是似乎十分可能,絕大多數(shù)重要的基本原理已經(jīng)牢固地確立起來(lái)了;下一步的發(fā)展看來(lái)主要在于把這些原理認(rèn)真地應(yīng)用到我們所注意的種種現(xiàn)象中去。正是在這里,測(cè)量科學(xué)顯示了它的重要性――定量的結(jié)果比定性的工作更為重要。一位杰出的物理學(xué)家(指英國(guó)物理學(xué)家開爾文)指出:未來(lái)的物理學(xué)真理將不得不在小數(shù)點(diǎn)后第六位去尋找。”[1]
[1]
李醒民著,《激動(dòng)人心的年代》,四川人民出版社,1983年,第13頁(yè)第四頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六5但是到了19世紀(jì)末,經(jīng)典力學(xué)在一些重要問(wèn)題上開始出現(xiàn)破綻。理論與實(shí)驗(yàn)事實(shí)不能符合。而且越是修補(bǔ)越不能自圓其說(shuō)。經(jīng)典力學(xué)出現(xiàn)了類似在16世紀(jì)托勒密地心說(shuō)所遇到的困境。這種局面的產(chǎn)生頗引起了一些驚慌。由于在此以前的全部物理學(xué)都是架構(gòu)于經(jīng)典力學(xué)之上的,所以有人就說(shuō)這是整個(gè)“物理學(xué)的危機(jī)”。這場(chǎng)“危機(jī)”發(fā)展的結(jié)果就導(dǎo)致了相對(duì)論與量子論的產(chǎn)生與發(fā)展,它們的產(chǎn)生構(gòu)成了物理學(xué)的一場(chǎng)新的革命。第五頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六6第六頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六7§11900年以前一些著名學(xué)者
對(duì)經(jīng)典力學(xué)的批評(píng)第七頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六8牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》出版后,一直有不少學(xué)者對(duì)它的某些觀點(diǎn)提出批評(píng),如牛頓同時(shí)代的惠更斯與萊布尼茲等。但是由于牛頓力學(xué)在解釋天體運(yùn)行等一系列事情上所取得的成功,牛頓的威望日隆,不同的意見(jiàn)很難流傳,不能為社會(huì)接受。到了19世紀(jì)末期,經(jīng)典力學(xué)逐漸露出矛盾,不同意見(jiàn)也就慢慢流傳開來(lái),其中有些意見(jiàn)是十分正確的。第八頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六91.1赫茲論“力學(xué)原理的有限的有效性”
赫茲(HeinrichHertz,1857-1894)是德國(guó)物理學(xué)家,1887年首先發(fā)表關(guān)于電磁波的發(fā)生與接受的實(shí)驗(yàn)論文,并且確定了電磁波和光波一樣具有反射、折射、偏振等性質(zhì),驗(yàn)證了麥克斯韋耳關(guān)于光是一種電磁波的理論。赫茲在1876年出版了一本《力學(xué)原理》(PrinciplesofMechanics)的書。在該書的《導(dǎo)言》中作者闡明了一個(gè)觀點(diǎn):一門自然科學(xué)是一門這樣的科學(xué),它的關(guān)于有限的自然領(lǐng)域的命題只能具有相應(yīng)地有限的有效性;科學(xué)并不是一門產(chǎn)生關(guān)于自然界總體的世界觀或關(guān)于事物本性的哲學(xué)。第九頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六10赫茲HeinrichHertz
1857-1894第十頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六11赫茲接著說(shuō):“我們必須根據(jù)這些觀點(diǎn)來(lái)評(píng)價(jià)各種物理學(xué)理論及其闡述形式。它們也是我們?cè)诖藫?jù)以討論被稱為力學(xué)原理的闡述形式的觀點(diǎn)?!薄傲W(xué)中最初所說(shuō)的原理是不可溯原于其他力學(xué)命題、只能被看作是來(lái)自其他知識(shí)來(lái)源的直接后果的闡述形式。在歷史的發(fā)展進(jìn)程中不可避免地要超越一些錯(cuò)誤地保有原理稱號(hào)的命題,這些命題曾一度在特定的條件下被正確地稱為原理。自拉格朗日時(shí)代以來(lái),人們常常指出,重心、面積重心等原理實(shí)際上不過(guò)是一些具有一般性質(zhì)的命題。當(dāng)力學(xué)變成以某種或更多一些的其他命題為依據(jù)來(lái)表述時(shí),我們可以同樣合理地說(shuō),另一些所謂的原理也不配這一稱號(hào),應(yīng)當(dāng)降入命題或系定理的行列中?!盵1]
[1]W.海森伯著,《物理學(xué)家的自然觀》,商務(wù)印書館,1990年,第103-106頁(yè)第十一頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六12赫茲在這里,已經(jīng)不把力學(xué)的原理看作一成不變的,而看作發(fā)展著的、準(zhǔn)備隨時(shí)改進(jìn)的東西,這已經(jīng)同牛頓之后一些人把牛頓力學(xué)當(dāng)作永恒不變的觀點(diǎn)很不相同了。第十二頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六131.2馬赫對(duì)牛頓絕對(duì)時(shí)空的批評(píng)1883年馬赫出版了他的專著《力學(xué)史評(píng)》,在這本書中馬赫既充分肯定了牛頓力學(xué)的歷史功績(jī),又對(duì)它的絕對(duì)時(shí)空進(jìn)行了批評(píng)。他說(shuō):“一切質(zhì)量、一切速度、一切力都是相對(duì)的。不存在有關(guān)相對(duì)和絕對(duì)的任何區(qū)別?!彼€指出,確定時(shí)間依賴于兩個(gè)事件之間的關(guān)系。他引進(jìn)了慣性質(zhì)量的概念,認(rèn)為重力質(zhì)量可以從慣性質(zhì)量導(dǎo)出。牛頓的質(zhì)量定義是容積和密度的積。馬赫批評(píng)這個(gè)定義,說(shuō)他第一是犯了邏輯循環(huán)的錯(cuò)誤,第二是假定存在一個(gè)共同的、等質(zhì)的“物質(zhì)的量”,這種概念對(duì)于不同的化學(xué)物質(zhì)是行不通的,它們不能用同一尺度測(cè)定。第十三頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六14馬赫對(duì)質(zhì)量的論證他的慣性質(zhì)量是這樣進(jìn)行的:1。在由重力的關(guān)系來(lái)確定重力之比時(shí),是假定不同物體的質(zhì)量用相同的尺度來(lái)測(cè)量的。2。在由相同的條件下的重力之比來(lái)確定質(zhì)量之比時(shí),這種質(zhì)量的概念牽涉到反作用原理,或者用別的附加條件。3。用“對(duì)稱原理”,或即形形色色的守恒定律,來(lái)確定質(zhì)量的辦法應(yīng)用于形質(zhì)不同的物體是不妥當(dāng)?shù)?。馬赫認(rèn)為,力學(xué)經(jīng)驗(yàn)給出的是物體的加速度,加速度相等的物體具有相同的質(zhì)量。注:馬赫這里引進(jìn)了慣性質(zhì)量的概念。后來(lái)愛(ài)因斯坦指出有兩種定義質(zhì)量的方法:馬赫定義的是慣性質(zhì)量。另一種是由同一重力場(chǎng)中兩個(gè)物體所受的力來(lái)定義,稱為引力質(zhì)量。慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相等是經(jīng)驗(yàn)事實(shí),經(jīng)典力學(xué)不能給出論證。第十四頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六15在牛頓力學(xué)中假定了絕對(duì)空間,也稱為慣性空間,或慣性參考系。但是如何判斷一個(gè)參考系是否慣性參考系是很困難的事。牛頓為了說(shuō)明如何區(qū)分,在他的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》中特別舉了一個(gè)“水桶實(shí)驗(yàn)”的例子。不管水桶轉(zhuǎn)與不轉(zhuǎn),當(dāng)水旋轉(zhuǎn)起來(lái)時(shí)水面總是凹下去的。他解釋說(shuō)水與桶的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不是水面下凹的原因,真正原因是水在絕對(duì)空間中的加速度。第十五頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六16馬赫批評(píng)牛頓對(duì)“水桶實(shí)驗(yàn)”的解釋說(shuō),牛頓水桶實(shí)驗(yàn)水面下凹,是它同宇宙遠(yuǎn)處的大量物質(zhì)之間有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)密切相關(guān)。反過(guò)來(lái),如果水不動(dòng),而周圍的大量物質(zhì)對(duì)它運(yùn)動(dòng),則水面也同樣會(huì)下凹。如果設(shè)想把桶壁的厚度增大到幾公里甚至幾十公里,讓桶壁轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),而桶內(nèi)的水沒(méi)有通常意義之下的轉(zhuǎn)動(dòng),沒(méi)有人有資格說(shuō)出,這實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如何。馬赫自己相信,這一怪桶的旋轉(zhuǎn)將真地對(duì)桶內(nèi)的水產(chǎn)生一個(gè)等效的慣性離心力作用。第十六頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六17馬赫對(duì)牛頓的絕對(duì)時(shí)間也提出了批評(píng)。馬赫反對(duì)絕對(duì)時(shí)間的概念。他認(rèn)為“同時(shí)”這一物理概念,歸根結(jié)底是觀察的同時(shí)。馬赫對(duì)經(jīng)典力學(xué)的批判,后來(lái)深深影響了愛(ài)因斯坦。愛(ài)因斯坦稱馬赫的《力學(xué)史評(píng)》為“真正偉大的著作”,稱馬赫為“廣義相對(duì)論的先驅(qū)”。第十七頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六18馬赫
ErnstMach
1838-1916
第十八頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六19§2經(jīng)典力學(xué)上空的“烏云”第十九頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六201900年4月27日,英國(guó)的著名物理學(xué)家開爾文,在為舊世紀(jì)送別和迎接新世紀(jì)的長(zhǎng)篇學(xué)術(shù)報(bào)告:《19世紀(jì)熱和光的動(dòng)力學(xué)理論上空的烏云》中,認(rèn)為經(jīng)典物理理論本來(lái)是晴空萬(wàn)里,但是在上世紀(jì)末出現(xiàn)了兩朵“烏云”。
他這里所說(shuō)的經(jīng)典物理本質(zhì)上就是經(jīng)典力學(xué)。所說(shuō)的兩朵“烏云”,一朵是關(guān)于“以太漂移”的否定,另一朵是研究熱輻射所遇到的困難。物理學(xué)針對(duì)這兩個(gè)難題,在隨后的歲月里出現(xiàn)了兩個(gè)革新方向,相對(duì)論與量子力學(xué)。第二十頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六21開爾文
Kelvin
1824-1907第二十一頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六222.1以太什么是以太呢?它是一種假想的物質(zhì)。星球之間吸引力的思想一旦確立,人們對(duì)于力的這種超距作用是很難理解的。所以在17世紀(jì)由笛卡爾與牛頓等大科學(xué)家主張,空間不可能是虛無(wú)的,它是由一種名為“以太”的物質(zhì)所充滿。星球之間的吸引力就是由這種物質(zhì)來(lái)傳遞的。以太是怎樣來(lái)傳遞力呢,這一點(diǎn),是很難檢測(cè)的,從太陽(yáng)或星球傳來(lái)的光線自然也是由以太傳遞的,而光是容易檢測(cè)的。第二十二頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六23大約在以太概念提出來(lái)稍后,惠更斯與胡克等人提出了光的波動(dòng)說(shuō),并且用波動(dòng)解釋了光的反射、折射以及油膜的虹彩現(xiàn)象。其時(shí)由于主張微粒說(shuō)的牛頓的威望極大,贊同波動(dòng)說(shuō)的人很少。因此,在整個(gè)18世紀(jì)里,以太仿佛被遺忘了。牛頓雖然主張光的微粒說(shuō),可是在他的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》書中給出波速與彈性系數(shù)和密度的關(guān)系,這一點(diǎn)恰好可以給波動(dòng)說(shuō)者用來(lái)發(fā)展自己的主張。到了19世紀(jì),隨著彈性力學(xué)、波與振動(dòng)知識(shí)的積累,波動(dòng)說(shuō)又復(fù)活了。第二十三頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六24光既然可以被看為波動(dòng),就一定有傳播的速度。最早測(cè)定光速的是丹麥的天文學(xué)家羅默(OleR?mer,1644-1710)。他是在觀測(cè)木星衛(wèi)星的周期時(shí),發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)厍蜻h(yuǎn)離木星與地球迎向木星時(shí),木星衛(wèi)星的周期有差異而間接計(jì)算得到的。通過(guò)簡(jiǎn)單計(jì)算,他得到的光速是3.15×米/秒(后來(lái)用更精細(xì)的方法測(cè)量得到的光速是c=米/秒)第二十四頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六25光速既然有如此大,它又是通過(guò)以太傳播的,根據(jù)已有的波動(dòng)理論,以太的剛度就要非常大而密度又要非常之小。顯然以太這種怪物質(zhì)與人們以往熟知的物質(zhì)很不相同。就需要去認(rèn)真的探索。于是在整個(gè)19世紀(jì)探索以太行為的研究成為當(dāng)時(shí)的熱門研究課題。當(dāng)時(shí)不管是研究光學(xué)的,還是研究彈性力學(xué)的、研究振動(dòng)與波的,都卷入進(jìn)來(lái)了。通過(guò)以太的探求,光的波動(dòng)說(shuō)取得了更為豐富的進(jìn)展,不僅可以解釋光的干涉、偏振和雙折射等一系列現(xiàn)象,而且可以計(jì)算出不同顏色光的波長(zhǎng),進(jìn)而利用光波長(zhǎng)度進(jìn)行精細(xì)的長(zhǎng)度測(cè)量,進(jìn)而隨著電磁學(xué)的發(fā)展又證明了光是一種電磁波。第二十五頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六262.2以太面臨的難題以太既然是一種物質(zhì),按照經(jīng)典力學(xué)的理論它自己就應(yīng)當(dāng)可以有運(yùn)動(dòng)、有速度,它既然包圍著地球與別的星球,這些星球運(yùn)動(dòng)時(shí)以太也應(yīng)當(dāng)被帶著跑,或者至少有一部分被帶著跑。但是實(shí)驗(yàn)事實(shí)卻和經(jīng)典力學(xué)的這些當(dāng)然結(jié)果相矛盾。英國(guó)天文學(xué)家布萊德雷(J.Bradley,1693-1762)為了看到地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的光行差現(xiàn)象,1725年12月到1726年12月間,進(jìn)行了不間斷的恒星觀測(cè)。所謂光行差現(xiàn)象是在地球上觀察同一顆恒星時(shí),在地球繞日公轉(zhuǎn)的周期中,望遠(yuǎn)鏡的方向也應(yīng)當(dāng)作周期性的改變。這是由于地球以速度為30公里/秒繞日公轉(zhuǎn),所以望遠(yuǎn)鏡應(yīng)當(dāng)向地球運(yùn)動(dòng)的方向傾斜一個(gè)角度,而且有
,為地球的運(yùn)動(dòng)速度,c為光速。由此可求出,與實(shí)際觀測(cè)的結(jié)果完全符合。這說(shuō)明地球的運(yùn)動(dòng)絲毫沒(méi)有帶動(dòng)以太,因?yàn)槿绻厍驇?dòng)了以太的話,所觀察到的角度應(yīng)當(dāng)小或者為零。第二十六頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六27光行差的觀測(cè)結(jié)果不支持光的波動(dòng)說(shuō),但是有不少學(xué)者想出辦法拯救波動(dòng)說(shuō)。其中較有名的,如英國(guó)的流體力學(xué)家斯托克斯提出在行星的表面上,以太與行星表面有相同的速度,在離開行星一段距離后,以太可以認(rèn)為是靜止的。他把以太看成一種黏性流體,而且假定流動(dòng)是無(wú)旋的,那么觀測(cè)到的光行差就符合這樣一種情況。第二十七頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六281851年法國(guó)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家菲索(Armand-Hippolyte-LouisFizeu,1819-1896)設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn),用來(lái)檢驗(yàn)光在運(yùn)動(dòng)物體中是否發(fā)生變化,即檢驗(yàn)運(yùn)動(dòng)的物體是否攜帶以太前進(jìn)。他將一束光通過(guò)半透明的反射鏡而分為兩束,一束是透過(guò)反射鏡的光讓它逆水流而行,另一束是反射鏡反射的光讓它順?biāo)鞫?,兩束光?jīng)過(guò)同樣長(zhǎng)度的流水管后匯合產(chǎn)生干涉。實(shí)驗(yàn)先對(duì)水靜止時(shí)進(jìn)行,后對(duì)水流動(dòng)時(shí)進(jìn)行,觀察兩種情況下干涉條紋的變化。夫瑞奈爾的理論結(jié)果與菲索的實(shí)驗(yàn)表明,以太是存在的,由光行差觀測(cè)結(jié)果說(shuō)明它不能被行星表面的空氣帶動(dòng),它卻能被透明的水帶動(dòng)。第二十八頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六29既然按照菲索的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,水可以帶動(dòng)以太,英國(guó)的天文學(xué)家艾里(GeorgeBiddellAiry,1801-1892)便制造了一架裝了水的望遠(yuǎn)鏡。他推論,望遠(yuǎn)鏡隨地球運(yùn)動(dòng),那么以太也必被望遠(yuǎn)鏡中的水帶動(dòng)。這樣觀察到的光行差現(xiàn)象也必與不裝水的望遠(yuǎn)鏡不同。但是實(shí)際觀察結(jié)果卻與不裝水的望遠(yuǎn)鏡并無(wú)兩樣。艾里的實(shí)驗(yàn)與菲索的實(shí)驗(yàn)得到了矛盾的結(jié)果。說(shuō)明經(jīng)典力學(xué)已經(jīng)到了捉襟見(jiàn)肘的境地了。第二十九頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六30美國(guó)的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家邁克耳孫(AlbertAbrahamMichelson,1852-1931)與莫雷(E.W.Moley)經(jīng)過(guò)多年籌劃與重復(fù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn),于1887年7月最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn),目的還是在于檢驗(yàn)地球運(yùn)動(dòng)是否帶動(dòng)以太。他們的實(shí)驗(yàn)是將一束光分為兩束,使一束沿著地球運(yùn)動(dòng)前進(jìn)的方向,另一束垂直于地球前進(jìn)的方向,經(jīng)過(guò)幾次反射后進(jìn)行干涉。他們預(yù)計(jì)如果地球能帶動(dòng)以太,則當(dāng)垂直的兩個(gè)方向互換后應(yīng)當(dāng)看到干涉條紋的移動(dòng)是條紋寬度的0.4倍。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置飄浮在水銀上,設(shè)計(jì)得十分精密。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和預(yù)料相反,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)條紋移動(dòng)。他們的實(shí)驗(yàn)又一次說(shuō)明地球運(yùn)動(dòng)沒(méi)有帶動(dòng)以太。這些結(jié)果表明按照經(jīng)典力學(xué)理論構(gòu)造的光是以太傳播的理論已經(jīng)矛盾百出了。支持以太動(dòng)的和靜的實(shí)驗(yàn)都有,但事實(shí)是二者不能并存,非此即彼。第三十頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六31邁克耳孫(AlbertAbrahamMichelson,1852-1931)第三十一頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六32§3相對(duì)論第三十二頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六33愛(ài)因斯坦(AlbertEinstein,1879,3,14-1955,4,18)是瑞士藉猶太人。幼年時(shí)家搬到慕尼黑居住。他在初學(xué)講話時(shí),進(jìn)展不快,甚至使人覺(jué)得他很遲鈍。上學(xué)后學(xué)習(xí)成績(jī)也平平,由于他的希臘文與拉丁文學(xué)習(xí)成績(jī)很差,只對(duì)數(shù)學(xué)感興趣,所以老師勸他退學(xué),并且說(shuō)他不會(huì)有多大出息。大學(xué)是在瑞士的蘇黎世工學(xué)院畢業(yè)的。畢業(yè)后,有兩年沒(méi)有固定的工作。他曾在報(bào)上登廣告愿為私人作家教,每學(xué)時(shí)3法郎。后來(lái)在1901年找到在瑞士伯爾尼專利局的一個(gè)低級(jí)職員的位置,同年他加入了瑞士藉。3.1愛(ài)因斯坦傳略第三十三頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六34愛(ài)因斯坦AlbertEinstein
1879-1955第三十四頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六35第三十五頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六36愛(ài)因斯坦是在幾乎與學(xué)術(shù)界沒(méi)有任何聯(lián)系的情況下開始了他的業(yè)余研究工作,他的工作也不需要實(shí)驗(yàn)設(shè)備。1905年他剛滿26歲,是他取得成功的一年,這一年他在德國(guó)的《物理學(xué)年鑒》上發(fā)表了5篇論文。在同一年他獲得了博士學(xué)位。其中《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》一文奠定了狹義相對(duì)論的基礎(chǔ)。他1909年任蘇黎世大學(xué)的物理助教授,1911年到了德國(guó)普拉克大學(xué),1912年又到蘇黎世工學(xué)院任教。1913年由于普朗克的推薦,他到柏林的威廉大帝物理研究院工作。第三十六頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六371915年愛(ài)因斯坦發(fā)表論文提出了廣義相對(duì)論理論。1933年由于希特勒的排猶政策,愛(ài)因斯坦在德國(guó)受到歧視,并且成為納粹的捕殺對(duì)象,他便毅然出走受聘到美國(guó)普林斯頓的高等研究所工作。1940年愛(ài)因斯坦加入了美國(guó)國(guó)籍。1939年,他寫信給美國(guó)羅斯??偨y(tǒng)建議組織生產(chǎn)原子彈。這個(gè)建議被采納使美國(guó)在世界上率先成功地造成了原子彈。愛(ài)因斯坦獲得了1921年的諾貝爾獎(jiǎng)金,但授獎(jiǎng)的理由是他對(duì)光量子理論方面的貢獻(xiàn)而沒(méi)有提及他的相對(duì)論貢獻(xiàn)。大約是因?yàn)樵诋?dāng)時(shí),相對(duì)論還沒(méi)有被多數(shù)人所接受,還有不同意見(jiàn)。第三十七頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六38愛(ài)因斯坦平時(shí)語(yǔ)言詼諧、不拘小節(jié)。他喜愛(ài)拉小提琴,而且有相當(dāng)?shù)乃健?ài)因斯坦曾經(jīng)這樣談到他自己:“上帝在恩賜聰明才智的時(shí)候真是鐵石心腸。他賜給我的只是騾子般的犟勁。也別這麼說(shuō)!他終究給了我高度靈敏的嗅覺(jué)呢。”愛(ài)因斯坦一生生活儉樸,他堅(jiān)持科學(xué)上的探求,不為名利所動(dòng)。50歲以后主要精力投入統(tǒng)一場(chǎng)論的研究,沒(méi)有得到什么重大進(jìn)展。第三十八頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六393.2狹義相對(duì)論的提出
龐加萊早在1899年就認(rèn)為以太可能不存在,到1900年發(fā)表文章指出:“不僅我們沒(méi)有兩個(gè)相等的時(shí)間的直覺(jué),而且我們也沒(méi)有發(fā)生在不同地點(diǎn)的兩個(gè)事件同時(shí)性的直覺(jué)。”到了1904年9月他在美國(guó)圣路易的學(xué)術(shù)討論會(huì)上預(yù)言“也許將會(huì)建立一個(gè)全新的力學(xué),在這個(gè)全新的力學(xué)中,慣性隨速度而增加,光速成為不可逾越的極限,原來(lái)的較簡(jiǎn)單的力學(xué)依然保持為一級(jí)近似?!钡谌彭?yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六40在1904年,荷蘭的物理學(xué)家羅倫茲(HendrikAntoonLorentz,1853-1928)為了彌合以太的矛盾做了最后一次努力。他解釋邁克耳孫和莫雷的實(shí)驗(yàn)是,長(zhǎng)度隨運(yùn)動(dòng)而收縮。他假定電子以及由電子構(gòu)成的一切物體在其運(yùn)動(dòng)方向上以的比率收縮。此處v是所考慮物體的速度。于是設(shè)運(yùn)動(dòng)的物體是沿x軸運(yùn)動(dòng),則運(yùn)動(dòng)時(shí)有,這就是著名的羅倫茲變換。第四十頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六41羅倫茲HendrikAntoonLorentz
1853-1928第四十一頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六42對(duì)于電磁場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度等量也可以引進(jìn)相應(yīng)的收縮后的量。得到相應(yīng)的帶撇的量。代入麥克斯韋耳方程,同靜止時(shí)的方程形狀相同,所以在觀測(cè)時(shí)就發(fā)現(xiàn)不了以太運(yùn)動(dòng)。第四十二頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六431905年出版的《物理學(xué)雜志》的第十七卷中,登載了愛(ài)因斯坦寫的論文《論動(dòng)體的電動(dòng)力學(xué)》,共有30頁(yè)。文章的第二部分說(shuō):1。物理體系據(jù)以變化的定律,同描述這些狀態(tài)變化時(shí)所參照的坐標(biāo)系究竟是用兩個(gè)在互相勻速移動(dòng)著的坐標(biāo)系中的那一個(gè)并無(wú)關(guān)系。(相對(duì)性原理)2。任何光線在靜止的坐標(biāo)系中都是以確定的速度v在運(yùn)動(dòng)著,不管這道光線是由靜止的還是運(yùn)動(dòng)的物體發(fā)射出來(lái)的,(光速不變?cè)恚??!钡谒氖?yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六44愛(ài)因斯坦從這兩條原理也獨(dú)立地導(dǎo)出了羅倫茲變換,只不過(guò)他和羅倫茲的解釋完全不同。羅倫茲的解釋是為了挽救以太,是一種假想的空間收縮。愛(ài)因斯坦的解釋是在羅倫茲變換下,兩個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)中計(jì)算光速都是c。愛(ài)因斯坦將這個(gè)變換用于麥克斯韋耳方程,解釋了光行差與邁克耳孫的實(shí)驗(yàn)。愛(ài)因斯坦的理論徹底否定了以太的存在,所以他說(shuō),尋找以太的努力不會(huì)有結(jié)果的,也是不必要的。
第四十四頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六45根據(jù)狹義相對(duì)論,物體的質(zhì)量隨物體運(yùn)動(dòng)的速度的變化而變化,他們之間的關(guān)系為。
于是在相對(duì)論的原則下質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程為它和牛頓的運(yùn)動(dòng)方程不同,當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)速度比起光速很小時(shí),牛頓方程的近似性便很好。第四十五頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六46在1907年9月愛(ài)因斯坦又發(fā)表了一篇題為《關(guān)于相對(duì)論原理和由此得出的結(jié)論》的文章,文中,他假定質(zhì)量和能量是完全相同的概念,靜止物體的質(zhì)量是它包含“內(nèi)能”的量度。他給出了公式,他說(shuō):“同慣性有關(guān)的質(zhì)量相當(dāng)于其量為的內(nèi)能。”第四十六頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六47這就是后來(lái)人們通常寫的慣性質(zhì)量與能量的等式的最早的論述。接下來(lái)愛(ài)因斯坦還說(shuō):“把任何慣性質(zhì)量理解為能量的一種儲(chǔ)藏,看來(lái)要自然得多。”進(jìn)一步愛(ài)因斯坦問(wèn):“在一種物質(zhì)的放射性衰變過(guò)程中,釋放出巨大的能量;在這樣的過(guò)程中,質(zhì)量的變化是否大到足以驗(yàn)證的程度呢?”愛(ài)因斯坦的這個(gè)預(yù)言被后來(lái)的原子能的發(fā)現(xiàn)完全證實(shí)了。第四十七頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六483.3廣義相對(duì)論愛(ài)因斯坦研究廣義相對(duì)論是從1907年他完成了狹義相對(duì)論之后開始的。在1907年,普朗克提出一個(gè)問(wèn)題,在封閉的空腔內(nèi)的輻射能具有慣性質(zhì)量,是否也具有引力質(zhì)量呢?他暗示,如果答案是否定的,則由經(jīng)驗(yàn)所確立的慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量相同的概念就必須放棄。愛(ài)因斯坦正面回答這一問(wèn)題,引進(jìn)了引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量等價(jià)性原則。第四十八頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六49在1913年,他保留守恒律,并且在最一般的參考系中,包括有加速度的參考系中,導(dǎo)出了由10個(gè)函數(shù)描述的引力場(chǎng)的結(jié)構(gòu),進(jìn)而導(dǎo)出了在引力場(chǎng)中質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程。在1914年完成了電磁場(chǎng)方程的推導(dǎo),1915年完成了引力場(chǎng)方程的推導(dǎo)。第四十九頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六50早在1911年,根據(jù)慣性質(zhì)量與引力質(zhì)量等價(jià),他進(jìn)一步推論“考查那些相對(duì)于一個(gè)均勻加速度的坐標(biāo)系內(nèi)發(fā)生的過(guò)程,我們就獲得了關(guān)于均勻引力場(chǎng)中各種過(guò)程的全部歷程的信息?!庇谑撬麛嘌裕骸敖?jīng)過(guò)太陽(yáng)附近的光線,要經(jīng)受太陽(yáng)引力場(chǎng)引起的偏轉(zhuǎn)”。他還計(jì)算從恒星發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)太陽(yáng)附近時(shí)將偏轉(zhuǎn)0.83秒的角度。到1915年,他用已經(jīng)完成的廣義相對(duì)論的理論重新進(jìn)行了計(jì)算,得到的結(jié)果是偏轉(zhuǎn)1.75秒。此外他還計(jì)算了兩個(gè)可供實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的推論,第一個(gè)是關(guān)于水星軌道的緩慢進(jìn)動(dòng)的問(wèn)題,大約每百年5600秒。根據(jù)地球或其他行星的攝動(dòng)修正后還有43秒的剩余無(wú)法解釋。第二個(gè)是在強(qiáng)引力場(chǎng)中,時(shí)鐘要走得慢些而且光線應(yīng)當(dāng)顯示出向紅的一端移動(dòng)。第五十頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六51最早被實(shí)際觀測(cè)所證實(shí)的是恒星光線經(jīng)過(guò)太陽(yáng)時(shí)的偏轉(zhuǎn)。在第一次世界大戰(zhàn)一結(jié)束,英國(guó)的皇家學(xué)會(huì)與皇家天文學(xué)會(huì)就派出觀測(cè)隊(duì),分兩處,一處去西非的幾內(nèi)亞灣的普林西比島,另一處去巴西的索布拉爾,準(zhǔn)備在1919年5月29日的日全食時(shí)對(duì)恒星的位置進(jìn)行觀測(cè)。兩處的照片處理結(jié)果于1919年11月6日公布,一處的偏轉(zhuǎn)角為,另一處為,結(jié)果證實(shí)了愛(ài)因斯坦的預(yù)言。另外兩項(xiàng)預(yù)言也分別為計(jì)算與1960年的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。第五十一頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六523.5同時(shí)代學(xué)者對(duì)愛(ài)因斯坦的評(píng)論德國(guó)著名的物理學(xué)家,量子力學(xué)的開創(chuàng)人普朗克(MaxKarlErnstLudwigPlanck,1858-1947)曾經(jīng)高度評(píng)價(jià)愛(ài)因斯坦相對(duì)論理論,說(shuō)他的論文發(fā)表后,“將會(huì)發(fā)生這樣的戰(zhàn)斗,只有為哥白尼的世界觀進(jìn)行過(guò)的戰(zhàn)斗才能和它相比。”事實(shí)正是這樣,愛(ài)因斯坦的相對(duì)論發(fā)表后,招來(lái)不少非議。但是也有更多的熱情擁護(hù)者。后來(lái)他的理論不斷為新的事實(shí)所證實(shí),他的名望也越來(lái)越高。第五十二頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六53法國(guó)著名的物理學(xué)家朗之萬(wàn)(PaulLangevin,1872-1946)1931年,在法國(guó)天文學(xué)會(huì)為愛(ài)因斯坦表示敬意而舉行的報(bào)告會(huì)上說(shuō):“大家都知道,在我們這一時(shí)代的物理學(xué)史中,愛(ài)因斯坦的地位將在最前列。他現(xiàn)在是并且將來(lái)也還是人類宇宙中有頭等光輝的一顆巨星。很難說(shuō)他是否同牛頓一樣偉大,或者是比牛頓更偉大,不過(guò),可以肯定地說(shuō),他的偉大是可以同牛頓比擬的。按我的意見(jiàn),他也許比牛頓更偉大一些,因?yàn)樗麑?duì)于科學(xué)的貢獻(xiàn)更深入到人類思想基本概念的結(jié)構(gòu)中?!钡谖迨?yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六54德國(guó)物理學(xué)家,著名的測(cè)不準(zhǔn)原理的提出人海森伯(WeinerKarlHeissenberg,1901-1976)說(shuō):“有點(diǎn)像藝術(shù)領(lǐng)域中的達(dá)·芬奇或者貝多芬,愛(ài)因斯坦也站在科學(xué)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)上,而他的著作率先表達(dá)出了這一變化的開端;因此,看來(lái)好象是他本人發(fā)動(dòng)了我們?cè)诒臼兰o(jì)上半期所親眼目睹的這場(chǎng)革命?!薄白耘nD時(shí)代以來(lái),整個(gè)物理學(xué)是建立在這些不證自明的假設(shè)之上的,而這個(gè)科學(xué)分支所取得的偉大成功,不得不被看做是一種證據(jù),說(shuō)明它們是正確的――或者像我們現(xiàn)在將說(shuō)得更謹(jǐn)慎一些那樣,基本上是正確的。愛(ài)因斯坦以非凡的膽略向所有這些假設(shè)提出了疑問(wèn),并且他具有這種精神力量,能夠想出如何根據(jù)不同的假設(shè)同樣可以使各種現(xiàn)象得到一個(gè)內(nèi)在一致的秩序。”第五十四頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六55§4量子力學(xué)
第五十五頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六561紫外災(zāi)難
1860年,麥克斯韋耳建立了電磁學(xué)方程組,即后人稱為的麥克斯韋耳方程組。到那時(shí)為止,在經(jīng)典物理的范圍內(nèi),人們有的工具就只是牛頓的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方程與麥克斯韋耳方程。用這些方程去解釋許多現(xiàn)象都是成功的,但是在19世紀(jì)末卻遇到了麻煩,這就是前面說(shuō)過(guò)的開爾文所謂的“兩朵烏云”。其中一朵是我們前面介紹過(guò)的以太的探測(cè)問(wèn)題。另外一朵就是我們這里介紹的“紫外災(zāi)難”。從1859年基爾霍夫同本生在創(chuàng)立光譜分析原理時(shí),就注意到了光譜的譜線明暗可能與物體的輻射和吸收能力有關(guān)。
第五十六頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六57后來(lái)經(jīng)過(guò)奧地利的科學(xué)家斯忒藩(JosefStefan,1835-1893)、他的學(xué)生波耳茲曼(LudwigBoltzmann,1844-1906)、英國(guó)物理學(xué)家瑞利(LordRayleigh,1842-1919)、和金斯(JamesHopwoodJeans,1877-1946)以及德國(guó)國(guó)立物理技術(shù)研究所的熱輻射研究中心的系統(tǒng)研究,得到了輻射能量是與絕對(duì)溫度T和輻射波的頻率存在著依賴關(guān)系,其中F是待定函數(shù)。不管怎樣,對(duì)于可見(jiàn)光部分還可以同實(shí)驗(yàn)相符合,但是對(duì)于紫外光(波長(zhǎng)很短,頻率很高),便無(wú)論如何都無(wú)法符合。因?yàn)轭l率變高會(huì)引起輻射能量的急劇增長(zhǎng),甚至無(wú)限增大。這便是所謂的“紫外災(zāi)難”。第五十七頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六584.2普朗克與愛(ài)因斯坦的
量子論普朗克(MaxPlanck,1858-1947)是德國(guó)人,從小就表現(xiàn)出數(shù)學(xué)天分,先后在慕尼黑大學(xué)、柏林大學(xué)完成大學(xué)學(xué)業(yè),21歲即獲得博士學(xué)位。他在進(jìn)行理論推導(dǎo)時(shí),大膽提出了一個(gè)假設(shè):“能量在輻射過(guò)程中不是連續(xù)的,而是如一股股的涓流似的被釋放。這種涓流就是量子,而量子的能量只取決于頻率?!?900年12月14日,普朗克在德國(guó)物理年會(huì)上作了題為《正常光譜輻射能的分布理論》的報(bào)告。這是最早的量子論的論文。第五十八頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六59普朗克
MaxPlanck1858-1947第五十九頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六60普朗克得到的頻率與能量的關(guān)系為,其中爾格·秒,稱為普朗克常數(shù)。他得到的絕對(duì)黑體輻射能量的分布公式是,式中c為光速、k焦耳/開,
為波耳茲曼常數(shù)、T為絕對(duì)溫度。第六十頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六61最早響應(yīng)普朗克的結(jié)果的是愛(ài)因斯坦,他在1905年的論文《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性的觀點(diǎn)》中,稱普朗克的的研究是非常革命的,它為輻射問(wèn)題帶來(lái)一個(gè)嶄新的觀點(diǎn)。進(jìn)一步,愛(ài)因斯坦假定電磁場(chǎng)的能量本身也是量子化的,提出了光量子理論。愛(ài)因斯坦還利用他的光量子假設(shè)對(duì)光電效應(yīng)進(jìn)行了解釋,從而克服了光的波動(dòng)說(shuō)在這個(gè)問(wèn)題上的困難。
第六十一頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六62后來(lái)1922年美國(guó)物理學(xué)家康普頓(ArthurHollyCompton,1892-1962)在研究X射線與物質(zhì)相互作用發(fā)生散射時(shí),發(fā)現(xiàn)散射光與入射光的波長(zhǎng)不同,而后在他的中國(guó)學(xué)生吳有訓(xùn)的協(xié)助下用光量子給以理論上進(jìn)一步的解釋。從此光既可以看為波動(dòng)又可以看為粒子束。這就是所謂的光的波、粒二相性。第六十二頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六63在這里經(jīng)典理論又受到突破,一方面是傳統(tǒng)的能量的連續(xù)性被突破;另一方面是光表現(xiàn)為波、粒二重性的新觀念。至此,關(guān)于光的本性是波還是粒子的爭(zhēng)論,從惠更斯、牛頓起,經(jīng)過(guò)200多年,在20世紀(jì)初經(jīng)過(guò)普朗克、愛(ài)因斯坦、康普頓的研究工作得到了協(xié)調(diào)。第六十三頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六64家康普頓ArthurHollyCompton
1892-1962第六十四頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六654.3德布羅意波與薛定諤方程1923年,法國(guó)物理學(xué)家路易斯·德布羅意(LouisVictorPierreRaymondPrincedeBroglie,1892-1987)提出了波粒二象性概念。德布羅意于1913年大學(xué)畢業(yè)于歷史專業(yè),后來(lái)在無(wú)線電站服役6年,之后改學(xué)物理。一次世界大戰(zhàn)之后做物理的研究工作,在他的哥哥――著名的X射線物理學(xué)家莫利斯·德布羅意(MauricedeBroglie,1875-1960)的實(shí)驗(yàn)室里工作。第六十五頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六661923年9、10兩月德布羅意先后發(fā)表了三篇短文,到1924年他向巴黎大學(xué)提交的博士論文《關(guān)于量子理論的研究》中,總結(jié)與發(fā)展了前三篇論文的思想。德布羅意的主要思想是將愛(ài)因斯坦關(guān)于光子的波粒二象性的思想推廣到所有的粒子,指出所有的粒子(電子、質(zhì)子等)也都有波的性質(zhì),這就是所謂的德布羅意波。當(dāng)愛(ài)因斯坦看到他的論文后十分重視。后來(lái)1927年粒子的二象性得到了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,美國(guó)與英國(guó)的物理學(xué)家先后完成了電子衍射實(shí)驗(yàn)。1929年德布羅意獲得了諾貝爾物理獎(jiǎng)。第六十六頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六67路易斯·德布羅意
LouisVictorPierreRaymondPrince
deBroglie
1892-1987第六十七頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六68薛定鍔(ErwinSchr?dinger,1887-1961)是奧地利物理學(xué)家,畢業(yè)于維也納大學(xué)。在第一次世界大戰(zhàn)中當(dāng)兵打過(guò)仗,戰(zhàn)后他去德國(guó)從事物理研究,于1921年成為斯圖加特大學(xué)的教授。1926年他提出了描述波粒二象性的一個(gè)波動(dòng)方程,被后人稱為薛定鍔方程。第六十八頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六69他的出發(fā)點(diǎn)是從哈密爾頓――雅科比的方程,引進(jìn),其中K為待定常數(shù),則就可以得到他的方程是
,其中V為粒子的勢(shì)函數(shù)。由于用這個(gè)方程的求解很容易得到原子外層電子的軌道跳動(dòng)和能級(jí)。所以得到了很大的成功。第六十九頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六70薛定鍔ErwinSchr?dinger
1887-1961第七十頁(yè),共八十一頁(yè),編輯于2023年,星期三武際可:科技史選講之六714.4海森伯與狄拉克的
量子力學(xué)海森伯(WernerKarlHeisenberg,1901-1976)是德國(guó)物理學(xué)家,大學(xué)期間在慕尼黑大學(xué)師從著名理論物理學(xué)家索末菲研究物理,于1923年獲得博士學(xué)位。后來(lái)他到哥廷根大學(xué)作玻恩(MaxBorn,1882-1972)的助教。1925年,他創(chuàng)造了一套描述量子論的數(shù)學(xué)方案,這就是矩陣力學(xué)也稱為量子力學(xué)。1927年他又提出了驚人的“測(cè)不準(zhǔn)原理”。即這個(gè)式子是說(shuō),位置的誤差與動(dòng)量的誤差之積
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