量子力学谁创立?

选择字号:   本文共阅读 61 次 更新时间:2017-09-26 14:58:22

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中国科学报  

  

   量子力学,这一研究微观粒子运动规律的物理学分支学科,与相对论一起奠定了现代物理学的基石。如果说牛顿力学是宏观物理世界的理论基础,那么量子力学毫无疑问在微观物理世界扮演相同的角色。河北大学科学技术史教授厚宇德认为:“在量子力学问世90年后的今天,人们认识到无论从技术领域的重要应用,还是从对其他学科、对人类思想的影响等角度去看,都难有其他科学分支像量子力学这样对人类社会有如此巨大的影响和推动。然而对于如此重要的量子力学的创建历史,却存在着模糊不清甚至完全错误的认识。”

   流行说法:玻尔而非玻恩

   “学术界及社会公众很长一段时间以来都认同这样一个观点,玻尔是建立量子力学的核心人物,而玻尔的哥本哈根研究所是建立量子力学的指挥部和大本营。”厚宇德在接受《中国科学报》记者采访时表示。

   这种认知看似并非空穴来风。玻尔是20世纪最重要的物理学家之一,甚至有人将其与爱因斯坦比肩作为20世纪对物理学发展作出最重要贡献的二人之一。玻尔在物理学上通过引入量子化条件,提出了玻尔模型来解释氢原子光谱,提出互补原理和哥本哈根诠释来解释量子力学,他还是哥本哈根学派的创始人,并于1922年荣获诺贝尔物理学奖。从1925年至1926年,海森堡、玻恩、约尔丹、薛定谔、狄拉克等人从不同的路径成功地创立了原子内部过程的全新理论量子力学。这其中玻恩、海森堡、约尔丹建立的矩阵力学是第一个量子力学理论体系。其后玻尔提出的“互补原理”曾被认为奠定了哥本哈根学派对量子力学解释的基础。“哥本哈根诠释”对于哲学界影响巨大。

   长期以来,由玻尔领衔的哥本哈根学派被中国学界视为20世纪第一物理学派。很多物理学家和物理学史学者都认为,哥本哈根学派以其高水平、多成就、大贡献受到世界瞩目,在20世纪20年代居于物理学研究的前沿。哥本哈根学派所在的玻尔研究所,会集了当时世界上最优秀的一批物理学家。在很多学派和研究所难以维系、物理学家生存困难的时期,玻尔研究所却因其充足的经费为物理学家们提供了难得的工作环境,成为当时物理学家的国际俱乐部。

   有领袖、有理论、有学派、有“大本营”,玻尔作为量子力学的缔造者似乎顺理成章。但根据厚宇德的研究,这些现有证据都缺乏史料支撑。

   玻尔对量子力学创建的影响

   由玻尔创立的哥本哈根学派被认为“孕育”出了量子力学。但在厚宇德看来,哥本哈根学派的性质及其在量子力学创建过程中发挥的真正作用值得探讨:“我认为哥本哈根学派的本质特征是哲学观点相似而不是物理学研究纲领相似的团体。”据厚宇德介绍,一个科学学派需要有学术界认同的核心人物、特色鲜明的学术思想、明确的研究纲领、稳定的学术队伍、固定的研究所或实验室及稳定的经费保证、开拓性的标志成果等六个条件。而所谓的哥本哈根学派只符合其中第一个和第五个条件。厚宇德告诉记者,在向杨振宁先生请教时,杨先生曾说他熟悉“哥本哈根诠释”,但似乎未听过哥本哈根学派的说法。

   此外,量子力学的重要理论贡献主要完成于1925~1926年间,而所谓的“哥本哈根学派”从1927年才开始出现,彼时新量子力学的表述形式已经基本完成。费恩曼质疑过玻尔的贡献,也有其他物理学家认为玻尔在建立量子力学方面的作用被高估了。哥本哈根诠释与互补原理更属于哲学认识论范畴的观点,而鲜有物理学层面的实际意义。本质上说,哥本哈根学派是一个哲学学派。

   “玻尔研究所对于当时的物理学界的确非常重要,但我认为这其中有一个很大的因素是通过不断邀请外界著名物理学家和崭露头角的年轻人来研究所讲学或短期工作而汇集了很多优秀物理学家,但这个集体既没有建立量子力学的正确研究纲领、也没有目标明确的稳定的学术队伍、更没有标志性的开拓成果。”厚宇德认为将玻尔研究所说成创立量子力学的指挥部、大本营不符合史实。

   玻恩:缔造量子力学的领袖

   厚宇德认为,在量子力学建立时期,玻恩与玻尔秉持的是完全不同的研究纲领。根据厚宇德的研究,海森堡晚年对于玻恩与玻尔在建立量子力学过程中的方法与思路有过比较说明。海森堡认为,玻恩更重视数学和形式化的立场,而玻尔则更重视哲学的立场。对于玻恩而言,物理学的描述永远应该是数学的描述,所以他的注意力集中于如何借助合适的数学去描写我们在实验室看到的有趣的事实。今天的物理学家清楚,玻恩当时选择了正确道路。玻恩所领衔的哥廷根物理学派才是有领袖、有稳定队伍、有理论、有标志性成果的建立量子力学的“大本营”。

   “首先,玻恩与弗兰克是这个学派的核心人物。其次,玻恩具有鲜明的学术思想:尝试改造彭加勒除了行星运动的微扰理论,使之适合于应用在原子世界;在创建矩阵力学之前,玻恩已多年向学生宣传可观察性原则,并将其明确表达出来;用数学手段改变了玻尔的对应原理,建立了玻恩对应法则。”厚宇德接着说,“第三,在建立量子力学的过程中,玻恩一直设法建立一个数学体系描述已有的物理现象,而不是像玻尔那样设想从哲学意义上弄清楚现象背后的思想内涵。第四,玻恩、弗兰克作为教授,与布罗迪、泡利、海森堡、约当、奥本海默等等助手或学生组成了基本稳定的学术队伍。第五,哥廷根大学的理论物理研究所借助于当时德国政策和爱因斯坦的特殊关照获得了足够维持研究之用的经济资源。”最重要的是,玻恩1924年的《关于量子力学》一文及带领海森堡、约当所做矩阵力学标志性的一系列文章都是量子力学建立过程中经典开拓性的学术贡献。

   “科学史研究的是文献资料,而不像科学本身那样研究实在的客观现象。文献往往不充分,甚至有时存在彼此的截然冲突;人们的认识也不可避免要受到社会、经济、政治、传播,以及科学家个人与团体特征等等的影响。这些都使历史研究变得复杂起来。然而在研究科学史的过程中,最重要的还是遵循史学的研究径路,要有理有据,要靠史料说话。”厚宇德最后提示道。

  

   作者:记者 韩天琪

  

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本文责编:邢宗民
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