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根据洛伦兹理论,电现象起因于叫做电子的小带电粒子的位移,电子沉浸在我们称为以太的媒质中。这些电子的运动引起周围以太扰动,以太扰动以光速沿每一个方向传播,当扰动到达与原先处于静止的其他电子相接触的以太部分时,促使这些电子本身也振动起来。因此,电子相互作用,但是这种作用不是直接的,而是通过以太作为媒介而实现的。在这些条件下,至少对于仅考虑物质的即电子的运动而对他无法看见的以太的运动一无所知的观察者来说,在作用与反作用之间能够存在补偿吗?显然不能。即使补偿是严格的,它也不可能是同时的。扰动是以有限的速度传播的;因此,只有当第一个电子很久以前开始静止时,扰动才能到达第二个电子。从而,第二个电子在延迟一段时间之后才受到第一个电子的作用,但是在这个瞬时,它肯定没有反作用于第一个电子,因为在第一个电子周围没有任何较长时间的轻微移动。
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对事实的分析容许我们更为精密一些。例如,设想一下类似于无线电报中所用的赫兹(Hertz)振荡器;它向各个方向发射能量;但是我们可以给它装上抛物柱面镜,正如赫兹对他的小振荡器所作的那样,以便把产生的全部能量向一个方向发射。按照洛伦兹理论,接着会发生什么情况呢?这个装置发生反冲,仿佛它是大炮而发射的能量是炮弹;这与牛顿原理相反,因为我们的抛射体在这里没有质量,它不是物质,它是能量。而且,这种情况与装有反射镜的灯塔相同,由于光无非是电磁场的扰动。这个灯塔应当反冲,犹如它发出的光是抛射体。能够引起这种反冲的力是什么呢?它就是所谓的麦克斯韦-巴托利(Bartholi)压力。这种压力极小,即使用最灵敏的辐射计,也很难为它提供证据;但是它的确存在着,这就够了。
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假使从我们的振荡器发出的全部能量射到接收器上,那么这就像接收器受到机械冲击那样起作用,在某种意义上,这相当于振荡器反冲的补偿;反作用将等于作用,但它并不是同时的;接收器将继续运动,但并不是在振荡器反冲的时刻。假如能量无限期地传播而没有遇到接收器,补偿将永远不会发生。
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空间把振荡器和接收器分隔开来,扰动必须通过空间才能从一个传递到另一个,这种空间并非虚空,它不仅充满着以太,而且也充满着空气,甚或在星际空间中也充满着某种稀薄的、但却是可称量的流体;这种物质在能量到达它的时刻像接收器一样经受冲击,当扰动离开它时本身又发生反冲;我们可以这样说吗?这样说固然可以保全牛顿原理,但并不是真实的。如果能量在扩散中总是附属于某种物质基础,那么运动着的物质便随身携带光,而斐索(Fizeau)已经证明情况并不是这种类型,至少对于空气而言并非如此。后来,迈克耳孙和莫雷(Morley)确认了这一事实。也可以假定物质本身的运动严格地被以太的运动补偿;但是这会把我们引向与此刻之前相同的见解。这样理解该原理将能说明一切,因为不管可见的运动如何,我们总是可以设想补偿它们的假设运动。但是,如果它能说明一切,这是因为它不能使我们预见一切;它不能使我们在各种可能的假设中做出决断,由于它预先说明了一切。因此,它变得毫无用处。
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这样一来,就以太运动必须做出的假定并不十分令人满意。如果电荷加倍,那就可以自然地想象,以太的各种原子的速度也加倍;可是,由于补偿作用,以太的平均速度必然成为四倍。
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这就是为什么我长期认为,与牛顿原理针锋相对的理论结果终将在某一天被抛弃,然而最近关于从镭发射出的电子运动的实验似乎更加确认它们。
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拉瓦锡原理。我要讨论关于质量守恒的拉瓦锡原理。当然,在没有动摇整个力学的情况下,这个原理也不会被触动。现在,某些人认为,在我们看来它之所以是真实的,仅仅是因为在力学中考虑的只是中等的速度,对于其速度与光速可以比较的运动物体而言,它就不再是真实的了。现在,据说这些速度在目前是可以达到的;阴极射线和镭射线可能是由十分微小的粒子或电子组成,它们无疑以比光速小的速度运动,其速度可能是光速的十分之一或三十分之一。
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无论用电场还是用磁场,都能使这些射线偏转,通过比较这些偏转,我们还可以同时量度电子的速度和它们的质量(或者更确切地讲,量度它们的质量与它们的电荷的关系)。可是,当注意到这些速度接近光速时,人们决定必须进行矫正。这些带电的分子若不促动以太,便不能发生位移;要使它们处于运动,必须克服双重的惯性:分子本身的惯性和以太的惯性。因此,人们所量度的总质量或表现质量由两部分构成——分子的真实质量或机械质量与表示以太惯性的电动力学质量。
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亚伯拉罕(Abraham)的计算和考夫曼(Kaufmann)的实验接着表明,恰好所谓的机械质量为零,电子的质量,或者至少是负电子的质量全部来自电动力学质量。这迫使我们改变质量的定义;我们不再能够区分机械质量和电动力学质量,因为这时前一个会消失;不存在除电磁惯性以外的质量。不过,在这种情况下,质量不可能再是不变的;它随着速度而增大,它甚至与方向有关,以高速运动的物体,就倾向于使其偏离它的路线的力与倾向于加速它前进或抑制它前进的力而言,并不是反抗相同的惯性。
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还有一种对策;物体的终极要素是电子,一些电子带负电,另一些带正电。负电子没有质量,这已被承认;但是,正电子[1]就我们所知的点滴情况而言似乎更大一些。也许正电子除它们的电动力学质量之外还有真实的机械质量。于是,物体的真实质量是它的正电子的机械质量之和,负电子未计算在内;这样定义的质量必定还是不变的。
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哎呀!这种对策也无法使我们逃脱困境。请回想一下,我们已谈及相对性原理和为保全它所做的努力。它不仅仅是一个问题在于保全的原理,它是迈克耳孙实验的毋庸置疑的结果。
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好了,正如上面看到的,为了解释这些结果,洛伦兹被迫假定,所有的力不管其来源如何,在被匀速平移所激励的媒质中,总是以相同的比率减小;这不是充分的;对于真实力而言,不足以发生这种情况,对于惯性力而言,情况也必然相同;因此,洛伦兹说,所有粒子的质量在与电子的电磁质量相同的程度上受平移的影响,这是必不可少的。
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这样一来,像电动力学质量一样,机械质量也按照同样的规律变化;因此,它们不可能是恒定的。
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难道我需要指出,拉瓦锡原理的倒塌牵连到牛顿原理的倒塌吗?牛顿原理表明,孤立系统的重心在直线上运动;但是,如果不再有不变的质量,那就不再有重心,我们甚至不再知道这是什么。这就是为什么我在上面说,关于阴极射线的实验似乎证明洛伦兹对于牛顿原理的怀疑是正当的。
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如果这一切结果被确认,由此便会产生全新的力学,这种新力学尤其可以用下述事实来描述它的特征:没有什么速度能够超过光速[2],就好像任何温度不能低于绝对零度一样。
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对于做平移运动而又未觉察出这种平移的观察者来说,不再有任何表观速度能够超过光速;如果我们没有回想这位观察未使用与固定的观察者相同的时钟,而实际上使用的是指示“地方时”的时钟,那么这便会产生矛盾。
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于是,我们在这里面临着一个使我自己满意的问题。假如不再有任何质量,那么牛顿定律变成什么呢?质量有两个方面:它同时是惯性系数和作为因子进入牛顿引力中的引力质量。假如惯性系数不是恒定的,那么引力质量能够是不变的吗?这还是个疑问。
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迈尔原理。在我们看来,至少能量守恒原理还保留着,它似乎比较牢固。我应当向你回忆它本身是如何受到怀疑的吗?这个事件比前述事件引起了更大的骚动,它被写进所有的学术论文中。从贝克勒耳(Becquerel)最初的工作开始,尤其是当居里夫妇(Curies)发现了镭时,人们看到,放射性物体是永不枯竭的辐射源。它的放射性在数月和数年内似乎毫无变化地持续着。这本身就是对能量守恒原理的严峻考验;这些辐射实际上是能量,这种能量从同样的一点点镭放出,而且源源不断地放出。但是,这些能量太微弱,以至于无法量度;这至少是一种信仰,我们不会过多地忧虑。
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当居里想到把镭放入量热器中时,场景为之一变;于是人们看到,持续不断产生的热量是十分显著的。
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所提出的说明为数众多;但是,在这样的情况下,我们不能说,说明越多越好。就它们之中没有一个说明优于其他说明而言,我们不能担保在它们之中存在着一种合适的说明。无论如何,从某一时期以来,这些说明中的一个似乎占了上风,我们也许有理由期望,我们掌握着打开秘密的钥匙。
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拉姆齐(W.Ramsay)先生极力证明,镭处在转化的过程中,它储藏着大量的能,但并不是取之不尽的。而且,镭的转化所产生的热量比所有已知的变化多100万倍;镭在1250年内耗尽它自己;这是相当短暂的,你看到,我们至少确信从现在起数百年内可使这一点保持稳定。而在等待的过程中,我们的疑虑依然存在。
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[1]彭加勒在这里所说的“正电子”,实际上是后来发现的原子核,它不是狄拉克(Dirac)在1928年预言、安德森(Anderson)在1932年发现的正电子。——中译者注
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[2]因为物体使不断增大的惯性对抗倾向于使它们的运动加速的原因;当物体的速度接近光速时,这种惯性会变为无限大。
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