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爱因斯坦的第三条腿和海森堡的微笑

已有 1358 次阅读 2019-1-17 22:25 |系统分类:科研笔记


爱因斯坦的第三条腿和海森堡的微笑


下面的照片至少在科学网上是尽人皆知了,1927年第五届索尔维会议,开创物理学乃至人类文明进步新纪元的群英际会,真正的星光璀璨、熠熠生辉!媒体上只要有人提起这次会议的合影,总会引来一片啧啧称赞声。但不知各位是否注意到,照片上有个地方很是耐人寻味——爱因斯坦的左腿边上多了一条腿!这肯定不是坐在爱因斯坦左边的郎之万的腿,郎之万是翘着二郎腿的。那只能是爱因斯坦后边康普顿的了,不过康普顿的腿得长的多长才能伸到那个位置?太吊诡了!不管怎么说,爱因斯坦是被第三者插足了。

无独有偶,耐人寻味的还有一个,那就是站在最后排的青年海森堡,通观全照29人,个个正襟危坐一脸严肃,就他一位面带微笑,而且笑得是那么神秘!这次会议合影发布了两张照片,再看下面被后人做了彩色处理的这一副,海森堡似乎若有所思,微笑中嘴角还露着几分得意。

海森堡在想什么?是在想他的矩阵力学和薛定谔的波动力学何以同宗同源?是在想波尔与爱因斯坦在会议期间的唇枪舌剑?这些当然不在话下,但如果向历史发问,我们可不可以猜度他是否想过:有朝一日他的测不准原理插入相对论,而且是恰如其分、自然而然的融入其中,不是像照片上那样仅仅给人以爱因斯坦长着三条腿的错觉?

没有文献资料记载海森堡有过这样的想法,但是用测不准原理对(狭义)相对论做出完备化的改进却势在必行。这是为什么?

众所周知,实现相对论和量子力学的统一是物理学跨世纪的大目标,一直备受关注。流行的观点认为,随着量子电动力学的建立,统一狭义相对论和量子力学的任务已经完成,剩下的工作只是全力解决广义相对论和量子力学的统一问题。然而,如果深入考察一下就会发现这个看法是有缺陷的,作为标准模型重要基础的量子电动力学并没有实现狭义相对论和量子力学之间在基本概念上的交融,那里所谓狭义相对论和量子力学的统一其实是前者对后者的单方面“入侵”。

我们知道,从一定的根本意义上说,狭义相对论首先是关于时间、空间以及能量、动量等等物理量的测量理论,是对一切测量行为做出原则性规范的物理框架理论。另一方面,我们也知道,对这些物理量的测量又必然受到一个不可逾越的自然法则的限制,这个法则就是体现了量子力学本质特征的海森堡测不准原理。所以从这种意义上判断,狭义相对论作为一个完全无视测不准关系的、“干净”的时空测量理论不可能是完备的理论。因此,如果考虑到测不准原理的普遍性约束,就必须进一步改进狭义相对论,而只有完成了这项工作,才能真正走向相对论和量子力学的全面统一。

实际上人们早已认识到,任何一个关于时空的完备的物理理论(而非数学理论)除了拥有相对论的合理内核之外,还必须包含不确定性原理。但是建立在相对性原理和光速不变原理这两个基本原理之上的狭义相对论是结构完整、逻辑严密的自洽理论,它不需要也不允许把测不准原理作为第三条基本原理生硬的加进来,就像爱因斯坦不会长出第三条腿一样。那么究竟采用什么样的具体方法才能够把测不准关系恰当而且自然地植入狭义相对论的概念体系呢?对于这个问题,物理学必须做出回答。这不是画蛇添足的矫情,这是正本清源、继往开来的使命,

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