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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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科学的价值 第九章 数学物理学的未来
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原理和实验。在如此之多的废墟中间,还有什么东西屹立长存呢?最小作用原理迄今未经触动,拉摩(Larmor)似乎相信,它会比其他原理长久幸存;事实上,它是更加模糊、更为普遍。
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面临原理的这种普遍崩溃,数学物理学将采取什么态度呢?首先,在过度兴奋之前,最好先问问,那一切是否是真的。所有这些毁损原理的现象只有在无限小的事物中才遇到;要看见布朗运动,就需要显微镜;电子是很轻的;镭也十分稀少,人们从未一次得到过多于几毫克的镭。于是,人们也许会问,除了所看到的无限小的事物以外,是否还存在着与之相均衡的其他未看到的无限小的事物呢?
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这样就存在着一个预审案件问题,似乎只有实验才能够解决它。因此,我们只好把麻烦事交给实验家,在等待他们最终裁决这一争端时,不必预先使我们自己陷入这些令人不安的问题之中,而要继续平静地做工作,就像这些原理仍然是无可争议的那样。当然,在没有离开这些原理可以十分保险地应用的领域,我们还有许多事情要做;在这个疑虑重重的时期,我们可以充分地发挥我们的能动性。
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解析家的作用。至于这些疑虑,我们难道真的无论怎样做也无法使科学摆脱它们吗?事实上必须指出,不仅实验物理学能够使它们产生;数学物理学也为此做出了充分的贡献。正是实验家发现镭放出能量,但却是理论家明确提出光越过运动媒质传播所产生的一切困难;倘若没有理论家,我们也许还不会意识到这些困难。好了,如果说理论家竭尽全力使我们陷入这一困境,那么他们帮助我们摆脱困境也是合乎情理的。
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他们必须对所有这些新观点进行批判性的审查,我刚才在你面前概述了这些新观点,要抛弃那些原理,只有在做出保全它们的忠诚努力之后。在这个方向上他们能够做些什么呢?这就是我想力图说明的问题。
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