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開拓量子力學的先驅普朗克在經歷了15年的徘徊，險些放棄他的量子假說。後來，他的繼承者們在推進最子假說創立和發展量子力學中，卻又遭到種種磨難。量子理論的成長道路，竟如此坎坷曲折。 對愛因斯坦和玻爾的非難 正當普朗克猶豫徘徊的年代，有兩位尚未出名的年輕科學家，先後從不同的方面應用並發展了量子假說。然而，他們都遭到了非難。這兩位青年科學家就是愛因斯坦和玻爾。 愛因斯坦（A．Einstein，1879－1955）遭到的非難是帶有「戲劇性」的。當愛因斯坦在1905年推廣普朗克量子概念，提出光量子假說並用以解釋光電效應時，竟遭到普朗克本人的指責。他大聲疾呼，愛因斯坦「失足」於量子論，背離經典物理學「走得太遠了」。 玻爾（Niels Bohr，1885－1962）受到的非難是苛刻的。1913年秋，玻爾的論文《論原子和分子的結構》在英國的《哲學雜誌》上全文發表了。在這篇論文中，玻爾把普朗克量子假說用於原子結構，提出了量子化軌道理論，用量子躍遷假說解釋原子光變更的發射和吸收。玻爾的這一理論立即引起物理學界的「震驚」。一些物理學家認為這是對經典物理學的「褻瀆和瘋狂」。當年，在伯明翰召開的不列顛科學促進會會議上，物理學界的「泰斗」們集中玻爾理論的半經典半量子的混合，直接質問玻爾，並進行了多方責難。當時，拉摩爾（S．J．Larmor，1857－1942）要求大名鼎鼎的物理學家瑞利（J．W．S．Rayleigh，1842－1919）對玻爾的理論發表意見。瑞利卻抱著一種「超然」態度，未加可否。事後，他的兒子問他是否看過玻爾關於氫光譜的論文，他曾直捷了當地回答說，我雖然看過，但「它不合我的脾胃」。會上，湯姆遜（J．J．Thomson，1856－1940）明確表示懷疑，光譜學權威塞曼（P．Zeeman，1865－1943）則根本否定。雖然著名物理學家金斯（J．H．Jeans，1877－1946）支持玻爾的理論，但仍然沒有消除人們的懷疑和反對。 當然，這種懷疑和反對與玻爾學說本身的弱點是相聯繫的。玻爾的理論最初曾非常成功地解釋了氫和電離氮的線狀光譜，但對原子光譜之表細結構及重原子的複雜結構，則無法解釋。然而玻爾並沒有因此而止步。他對整個理論在新的基礎上進行了改造。量子論正是通過他而實現了從舊階段到新階段的過渡。而且，玻爾將畢生精力貢獻量子理論，成為左右量子力學發展的哥本哈根學派的公認領袖。正如蘇聯理論物理學家福克在一首自由體詩中對玻爾所讚頌的那樣： 「您的豐功偉績無窮無盡， 誰也無法詆毀， 是您宣佈了這一偉大理論， 我們絕不允許他人誹謗搗鬼」 物質波理論遭受的冷遇 把量子論推向新階段的大膽創新者之一，是法國年青科學家德布洛意（L．V．deBroglie）。他20歲那年，恰好是玻爾的量子論遭到責難的那年。在愛因斯坦和玻爾量子論的啟示下，他毅然選擇了荊棘叢生、壁壘頑固的輻射現象這一研究領域。後經十餘年的研究，在分析光學理論發展狀況的基礎上，提出了自然界是對稱的思想。他還根據實物粒子和光都具有質量和能量的共同特徵，採用了類比方法，大膽假定實物粒子與光子具有同樣屬性，並進而由粒子的波動性和波動的粒子性，確定了波粒二象性。這樣，就把表面上分離的實物和光的粒子性與波動性統一起來，提出了物質波假說，建立了體現波粒二象性的公式即德布洛意公式。 德布洛意有關物質波理論的三篇論文，於1923年9－10月份，先後發表在法國的《導報》期刊上。而更完善地闡述他的理論觀點是在1924年所作的博士論文中。該文後來發表在1925年的《物理學年鑒》上。德布洛意的理論，在他之前沒有任何直接實驗證據的支持，這使得他的理論注定要經歷艱難。正是在實驗上德布洛意理論首先受到了阻難。他在寫博士論文時要求對其物質波理論進行實驗，但無人支持。後來雖然找到他的長兄莫裡斯．德布洛意，認為實驗可以進行，而向實驗室的道威裡耶先生建議，以期用電子進行實驗獲得衍射或干涉現象，可是並沒有按他的建議進行實驗，以致得了了完全否定的實驗結果。對此，在1973年11月16日，道威裡耶給梅迪卡斯的信中說明了真相，加顧當時他幾乎不相信這些波的存在，並指出：「當時無論莫裡斯．德布洛意，還是朗之萬，或佩蘭對於德布洛意在他們實驗室裡進行這種實驗都不理睬，沒有任何人相信這種實驗」。至於物質波理論本身當時也受到了非難。1924年11月，在巴黎大學進行博士論文答辯時，論文評審委員會主持人佩蘭，對德布洛意的論文全然不肯表態。洛倫茲斷言德布洛意是「誤入了歧途」。甚至「在老一輩物理學家看來，這樣想法是極其荒謬的」。加之，法國《報導》雜誌在歐洲發行量不大，讀者看時多不注意，德布洛意當時在原子物理學界又有好爭論之名，故他的物質波理論沒有為眾人所知。只是由於他的導師朗之萬熱情洋溢地向愛因斯坦推薦德布洛意的論文，而愛因斯坦基於他對自然界對稱性的欣賞，說服了物理學界的許多人，引起了他們對德布洛意波的研究。否則，當時「德布洛意的研究工作將幾乎沒有任何影響」。 矩陣力學與波動力學的相互詰難 德布洛意的物質波受到的冷遇尚未好轉，又有兩位年青的物理學家為推進量子論而上不平坦的征途。這就是海森堡（W．K．Heisenber，1901－1976）和薛定諤（R．Schrodinger，1887－1961）。 年青的海森堡在他攻下色散理論（1905年）之後不久，受到玻爾量子論的啟示，同時又洞察到玻爾量子躍遷軌道理論的弱點，於是他決心尋的突破這一弱點的嘗試。大約1921年開始到1925年期間，他遭到巨大的數學上的困難而失敗了。只是後來，由於他求實的科學精神，在愛因斯坦相對論思想啟示下，沿著與觀測量有密切關係的那些量的原則，拋棄玻爾的軌道概念，吸取他的定態概念，才找到矩陣數學這一工具，終於在1925年建立了和經典力學完全不同的量子力學體系的矩陣方程。兩年後，他又發揮了同樣的科不精神，以抽像思維和可觀測量統一的思想，揭示了微觀客體的「測不准關係」，建立了「測不准原理」。這個原理因其奇異性，長時期受到人們的誤解與詰難。 另一位量子力學的開創者薛定諤，在對德布洛意波的追求中，以其新穎的形式創立了量子力學的波動方程。當他把這一方程用於原子中的電子時，發現與實驗並不符合，使他十分失望，以為自己的方法錯了，因而他放棄了這項工作。後來得知自己的方法並沒有錯，只是沒考慮到電子自旋（當時電子自旋尚不為人所知）。可是，此時克萊因和戈登發表了與他同樣的方程，走在了他的前面。這使他非常沮喪。經過幾個月的苦惱，才從沮喪中恢復過來，對自己的工作重新作了檢查，找到了非相對論的波動方程即薛定諤方程。 矩陣力學與波動力學在數學形式上是完全不同的，起初人們也完全不瞭解它們之間的關係，因而他們之間相互詰難，彼此否定。例如，海森堡在給泡利的信中說：「我越是思考薛定諤理論的物理內容，我對它就越討厭。」同樣，狄拉克也表示這一理論使他「惱火」。而薛定諤在海森堡的矩陣力學剛出現時也指責說：「這樣一個困難的超越代數的方法，簡直無法想像，它如果不是使我拒絕的話，至少也使我氣餒」。 後來在1926年，經薛定諤的研究、證明矩陣力學和波動力學是完全等同的。而對這兩個數學方程包含的物理意義，則在同年由波恩提出的波函數統計解釋所闡明。 幾經磨難，德布洛意波的肯定實驗終於出現了。在1927年，戴維遜（C．J．Davisson，1881－1958）和革末（L．H．Germer，1895－1971）用電子束在單晶體上反射後產生衍射的實驗證明了德布洛意公式。同年，湯姆遜的兒子P．湯姆遜，利用電子束穿過單晶薄片產生衍射的實驗也獨立證實了德布洛意的公式。玻恩把波函數幾率解釋闡釋德布洛意物質波的物理意義，於是揭示了物質波與經典波的本質差別，即物質波既不是機械波，也不是電磁波，而是一種幾率波，顯示出微粒性和波動性的統一。為了對量子力學做普遍物理解釋，1927年英國物理學家狄拉克從泡利的二行二列矩陣得到啟發，用四行四列矩陣成功地建立了相對論電子理論，即眾所周知的狄拉克相對論波動方程，進一步體現了光的波粒二象性。標誌著量子力學形式體系的完成。 失去愛因斯坦的支持帶來的損失 量子力學還沒有來得及慶祝它取得的成功時，就在1926年12月4日，愛因斯坦給量子力學的創建者之一玻恩的信中表示：「量子力學固然是堂皇的。呆是有一種內在的聲音告訴我，它還不是那真實的東西。這理論說得很多，但是一點也沒有真正使我更加接近『上帝』的秘密。我無論如何深信上帝不是在挺身而出骰子」。這無疑是蘊含著對剛剛完成的量子力學體系的挑戰。不久，即在1927年9－10月，由於玻爾在《量子假說及原子理論的新發展》論文中，第一次明確提出他的帶有革命性的思想「互補原理」（亦稱「並協原理」）。並使它成為哥本哈根學派「量子力學正統解釋」的核心。而這一原理恰恰是愛因斯坦認為「妨礙量子力學能夠建立一個真正令人滿意的物質理論」，因而對它懷著「敵意」，並自持為量子力學的「異端」。這樣愛因斯坦對量子力學的挑戰實際上公開化了。於是，在愛因斯坦與玻爾之間產生了一場科學史上曠日持久的論戰。他們爭論的雖是有關量子力學的具體物理內容及其哲學基礎（這不是本文所要探討和評論的）。但毫無疑問，它反映了愛因斯坦對量子力學的態度，同時它也不能不對量子力學的發展產生影響。這是需要我們加以分析的。 應當指出，愛因斯坦對量子論早期所作的貢獻是很大的，具有開拓性的。他對量子力學某些創建者在科學思想與方法上給予的啟示是意義重大的。而且，他長時期對哥本哈根正統解釋的反對和論戰，無疑從客觀上推進了量子力學。可是，從另一角度來看，在後期，愛因斯坦對量子理論的支持誠如有的物理學家所說，他「一直批判著哥本哈根的解釋，然而他也從不提出任何具體的替代辦法」。何況，愛因期坦過早地離開量子力學研究的洪流，而去走他自己理論研究道路和堅持自己的研究綱領。即統一場論研究中場連續理論綱領。這使得他的「探索始終未取得具有物理意義的結果。但卻幾乎耗盡了他整個後半生和科學創造精力，並使他遠離了當時物理學最蓬勃發展的領域潹潹以量子力學為指導理論的微觀物理學，這對物理學的發展無論如何是一種損失」。這一點玻恩是有著深切感受的。當他談到愛因斯坦對量子力學的態度時寫道：「我們當中許多人都認為，這是一出悲劇——對於他來說，他在孤獨中探索自己的道路；而對於我們來說我們失去了我們的領袖和旗手」。難怪在紀念愛因斯坦誕生一百週年時，還有人提出：人們可以猜想，如果他對量子力學給予直接支持，出一把力的話，那麼對這門科學將會發生些什麼作用？而他對這門科學所持的否定態度又引起了什麼變化？這確實是個值得人們深思的問題。一個需要科學中最高智慧的量子力學卻失去了一位具有這樣智慧頭腦的愛因斯坦的直接支持，這對量子力學來說，是失去了一個難得而巨大的助力！ 量子力學在蘇聯的遭遇 曲折發展的量子力學到本世紀40年代前後，在蘇聯又遭到一場意外的蒙難。它是以對量子力學的「批判」而出現的，其罪名是硬加給量子力學的。所以，可說是武斷性的批判，在量子力學發展史上的一場難言之「災」。 當時，在蘇聯以所謂劃清物理學中的「兩條路線」的「鬥爭」，堅持「哲學上的黨派」為名，開展了對量子力學的一場「批判」。既然如此，這場「批判」不能不被捲進蘇聯當時為純潔意識形態鬥爭的漩渦，使「批判」一開始就帶有政治鬥爭的色彩。 事實也正是這樣，還在1940年以前，蘇聯哲學界和科學界一些代表人物，如尼考爾斯基就提出要對量子力學的「唯心論」進行「批判」。到1947年和1948年，在蘇聯權威性雜誌《哲學問題》上把這一批判推進一大步，提出要「粉碎」量子力學「唯心論基礎」。50年代初，隨著蘇聯著名科學家布洛欣采夫所著《量子力學原理》一書的出版，在蘇聯《物理科學成就》和《哲學問題》刊物上，展開了對量子力學全面的「批判」。在這些「批判」中，把矛頭直指「測不准關係」、「互補原理」和玻爾理論。把它們視為哲學上的「唯心論」、「不可知論」和「形而上學」的「精緻化」，並把哥本哈根學派看作是「資產階級科學偽造家們」。這樣，把哲學的、政治鬥爭的詞語直接扣到量子力學的頭上，混淆了量子力學內容的科學解釋與哲學鬥爭、政治鬥爭以及階級鬥爭的根本區別。為了推進這場「批判」，對當時蘇聯發表贊同量子力學哥本哈根解釋的科學書刊看作是「堆滿了從外國進口的唯心主義的垃圾」，把支持哥本哈根學派解釋的蘇聯科學家視為採取了一種「唯心主義的立場」，「對資產階級意識形態表現了奴性十足的態度」，提出「應該把他們從蘇聯科學研究機構領導崗位上撤換下來」。 當然，在蘇聯當時出現的這種對現代物理學和量子力學的「批判」是特定歷史條件下的產物，有其深刻的社會的、歷史的背景。它一開始就遭到蘇聯一些科學家的反對；到1953年以後才得到了糾正。但是經歷了二十餘年之久的這場「批判」「鬥爭」，對蘇聯量子力學的研究與發展產生了難以挽回的惡果。戾如蘇聯著名科學家福克院士所說，這場對量子力學的「無知的批判」帶來的後果是災難性的。它在某種程度上助長了蘇聯現代物理學理論研究上的機械論傾向，割斷了它與國外先進的研究成果的聯繫，阻礙了蘇聯對量子力學的新探索。 曲折前進的動力 量子力學的創立和發展，雖受非難而不敗，雖遭批判而不倒，雖經曲折而不退。然這一歷史事實給了我們以莫大的啟示。 穆爾在談到量子理論發展的特點時寫道：「這一新理論從根本上震撼了整個科學信念和一向推崇的科學設想。量子理論是如此新奇，以致人們對它的接受極為緩慢」。這的確道出了量子理論發展中倍受災難的一個原因。因為它「新奇」常常為人們所難以接受並受到來自經典物理學傳統觀點的詰難、抵制和反對。以至連量子理論的創立者們有時也難以擺脫或避免這種傳統觀點的束縛和影響。因此量子理論發展的曲折歷程告訴我們，科學中的傳統觀點在新的科學觀點、理論的產生和發展中，其阻難不容輕視。然而量子力學的創建者們卻又能衝破阻難，開拓前進！玻爾指出了這一原因的關鍵：「只有新的觀點可能克服它們」。這裡所說的「新的觀點」毫無疑問既包括量子理論方面的，也包括哲學思維方面的。從本質上說，我們認為這是指符合辯證思維的觀點。事實也是如此。正當量子力學尤其是它的核心問題即波粒二象性，急需解釋之時。狄拉克就曾指出：、如果我們能找到一個滿足於我們的哲學觀點的辦法來描述目前量子力學中測不准關係和非決定性，那麼可以說我們就很幸運了，而此時，為量子力學的解釋提供了哲學基礎的不是別人，正是「以特有的堅持和成功探索了現代物理學的哲學基礎的」玻爾。這就是玻爾提出的反映辯證法思想的「互補原理」。 當然，量子理論創建者們的這種符合辯證法的思維，不會是在他們頭腦中憑空出現的，而是量子力學所揭示的微觀客體辯證法迫使他們不得不接受的。玻恩就曾明確表示「我曾榮獲1954年的諾貝爾獎金，與其說是因為在我所發表的工作裡包括了一個新的自然現象，倒不如說是因為那裡包括了一個關於自然現象的新思想方法基礎的發現」。這就進一步說明量子理論也產生了辯證法。 量子力學與哲學的這種緊密聯繫，當然不是說它與哲學可以等觀，更不能把它與意識形態鬥爭相混同。蘇聯在本世紀30－50年代，對量子理論的武斷性批判基本教訓在於：他們把量子理論的科學問題與哲學問題、意識形態的鬥爭，甚至政治鬥爭相混淆，而不顧量子力學的科學內容。正如蘇聯科學家塔姆所說：「真正的禍害，事實上是在於我國在物理學及其鄰近的學科領域工作的絕大多數馬克思主義哲學代表，完全不懂現代物理學的情況」。這樣，它既有害於量子力學，也有害於辯證唯物主義哲學；同時更有害於二者的聯盟。 現代物理學還在艱難中誕生的時候，列寧就曾經指出：「現代物理學是在臨產中。它正在生產辯證唯物主義」。這說明現代物理學需要辯證唯物主義哲學，它正在產生著辯證唯物主義哲學。作為現代物理學一個理論支柱的量子力學也正是這樣的。 ------------------ 亦凡公益圖書館掃校 |
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