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1700966560 零点能量的任何模型均饱受艰难困扰,对此爱因斯坦具有十分清楚的认识。比如他就曾指出,无论如何绕轨电子均应承受能量的辐射损失和轨道的偏移。他还承认:“任何理论家现在要说出‘零点能量’这个词时,都会带着半尴尬半讽刺的笑容。”[10]但是,作为理论家的爱因斯坦抑制着脸上失望的苦笑时,作为一位曾从事过专利工作的实验者,爱因斯坦仍然在不懈地探索。
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1700966562 对于量子论的关注可能也是将爱因斯坦吸引到实验中来的原因。1913年,尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)发表了他的首篇量子理论相关论文,在文章中他由绕轨电子出发,对皮克林光谱线系进行了解释。文章发表后不久,爱因斯坦对玻尔的成就给予了高度的称赞,称其为“最伟大的发现之一”。[11]鉴于绕轨电子正是旋磁实验的对象,爱因斯坦可能希望对玻尔理论进行间接的证明。玻尔自然也是这样理解的。1915年8月,玻尔向《哲学杂志》(Philosophical Magazine)邮寄了一篇文章,文章中对自己的理论进行了捍卫,并援引了爱因斯坦与德哈斯实验,作为自己最基本假说——电子可以在不产生辐射的情况下绕轨道旋转——的“直接支持”。[12]
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1700966564 爱因斯坦对普朗克的零点能量理论和玻尔的定态理论等特定原子理论所具有的关心无疑是十分重要的。然而,正如人们广泛所知的那样,爱因斯坦对物理学具有远见卓识,需要更为庞大的指导原则来塑造他所认为是值得追求的理论。统一与简明的原则对他支持的理论而言并不是辅助性原则,而是正确理论的必要条件。在杰拉尔德·霍尔顿(Gerald Holton)的文章中可以明显发现,爱因斯坦对理论取向“美学”标准的依赖所具有的重要性。在文章中,霍尔顿强调了统一原则在爱因斯坦相对论形成的思维过程中所具有的重要性。马丁·克莱恩(Martin Klein)也曾就爱因斯坦对辐射波动论中统一性的固守进行了阐释。[13]
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1700966566 例如,在1909年,爱因斯坦辩称,从一方面而言,单一电子的适当位移可以产生扩张的球面电磁波。[14]就另一方面而言,为了产生逆过程(单一电子的辐射吸收)的塌陷球面波,需要大量的发射源。从部分角度而言,这是对两种过程的解释的努力统合,使得爱因斯坦在1905年引入了光量子的概念。另一个例子是:在爱因斯坦1905年撰写的相对论论文的开端,他对这一阐释进行了批评:根据所处坐标系的不同而对麦克斯韦方程给出两种解释。在爱因斯坦看来,这一阐释观点中仅仅包括了单一的物理过程,即电磁感应。在后来的手稿中,爱因斯坦进行了清楚的解释:“由两种从根本上而言就不同的情况出发进行研究,这种看法我是无法忍受的。”[15]
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1700966568 对统一原则的探寻将两种情况合二为一,对于爱因斯坦而言,这无疑使得安培假说具有了深刻的综合性意义和吸引力:
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1700966570 奥斯特发现磁效应不仅是由永磁体产生,也由电流产生,由此磁场的产生可能会具有两种貌似相互独立的机理。这种论断本身使得两种本质不同的磁场产生的原因需要被合二为一,以探寻磁场产生的单一原因。就此,在奥斯特的发现之后不久,安培提出了著名的分子电流假说,根据该假说,磁现象的产生是源于带电分子电流。[16]
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1700966572 另一个伟大的统一原则也可以通过爱因斯坦与德哈斯实验加以考验。在对奥斯特和安培的研究进行讨论后,爱因斯坦指出,洛伦兹的电子理论“从本质上而言是与安培假说相联系的,需要电磁场产生原因的一个统一概念”。[17]爱因斯坦后来又对洛伦兹的贡献加以详述。在洛伦兹之前,物理学家们将电场和磁场视为控制物质的条件,电场强度和电位移(物质中的场)是不同的实体。在洛伦兹的体系中,电场和磁场的基本向量作用于电子,反过来又通过重排列改变了场。因此,电位移仅仅是电场和重排电子场的总和。两种实体被一个概念囊括和代替了。
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1700966574 这些问题足够引人注目,以至于可以使爱因斯坦从对广义相对论的绝望挣扎中短暂地脱离出来。其中关键正在于那些贯穿了他的研究事业的基础性问题:安培假说将电和磁统一起来,而洛伦兹的电子理论对电磁场进行了绝佳简化,又对光谱线加以解读。在这些基础原则之上,又添加了沿着轨道绕行的电子和玻尔基础假说之间的可能联接,以及对零点能量的阐释。在量子论和统一原则仍然具有争论的情况下,爱因斯坦必定曾认为,上帝不太可能如此充满恶意——赋予g以1之外的任何值。
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1700966576 [1] Einstein and de Haas,“Experimenteller Nachweis,”Verh.d.Deutsch.Phys.Ges.17(1915):153.
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1700966578 [2] Klein,Ehrenfest(1970),esp.264ff.;Weill-Brushwicg,Dictionary of Scientific Biography,s.v.“Langevin”;Kuhn,Black-Body(1978),210-220 and 235-251;Pais,“Einstein and Quantum Theory,”Rev.Mod.Phys.51(1979):863-914,esp.878-883.
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1700966580 [3] 参见Cohen-TannouJji,Diu,and Laloë,Quantum Mechanics(1977),484-487.
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1700966582 [4] Cf.Kuhn,Black-Body(1978),236-254,319-320,and 340-352.
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1700966584 [5] Einstein and Stern,“Agitation,”Ann.Phys.40(1913):551-560.
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1700966586 [6] Einstein and Stern,“Agitation,”Ann.Phys,40(1913):560.
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1700966588 [7] Einstein and Stern,“Agitation,”Ann.Phys.40(1913).
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1700966590 [8] Klein,Ehrenfest(1970),256ff.
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1700966592 [9] Einstein to Besso,12 February 1915.in Einstein-Besso(1972),57-58.“在电子绕轨运动中,我们可以形成一种可接近绝对零度的分子运动。”参见Einstein,“Nachweis.”Naturwiss.3(1915):237-238.
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1700966594 [10] Einstein,“Nachweis,”Naturwiss.3(1915):237.
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1700966596 [11] Hevesy to Rutherford,14 October 1913,in Klein,Ehrenfest(1970),278.
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1700966598 [12] Bohr,“Structure of Atom,”Philos.Mag.30(1915):on 397.
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1700966600 [13] Holton,Thematic Origins(1973),esp.362-367;Klein,“Wave-particle,”Natural Philosopher 3(1964):7.关于爱因斯坦的早期作品参见Miller,Einstein’s Special Theory(1981).
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1700966602 [14] Einstein,“Entwicklung,”Physikalische Zeitschrift 10(1909):817-826.
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1700966604 [15] Holton,Thematic Origins(1973),364.
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1700966606 [16] Einstein and de Haas,“Experimenteller Nachweis,”Verh.d.Deutsch.Phys.Ges.17(1915):152.
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1700966608 [17] Einstein,“Lorentz,”in Lorentz(1957),6.
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