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爱因斯坦最大胆的类比终于得以正名

2021年10月1日  来源:表象与本质 作者:[美]侯世达;[法]桑德尔 提供人:zhaotou97......

爱因斯坦最大胆的类比终于得以正名

令光量子脱颖而出的转折点出现在1923年。在这一年,美国物理学家阿瑟·霍利·康普顿(Arthur Holly Compton)的实验发现震惊了整个物理学界。他发现,当电磁波接近一个带电粒子,例如原子里的一个电子时,它会向这个粒子转移它的部分动能和动量,但却不是按照麦克斯韦方程所预期的那样转移。事实上,康普顿发现,在这种情况下产生的波粒“碰撞”符合两个粒子之间碰撞的数学规则,其中入射波和出射波的能量与爱因斯坦在他1905年发表的关于光量子的论文中所预期的完全符合。这样,光终于成了粒子!

仍然还要再等三年,更抢眼的术语“光子”才被美国化学家吉尔伯特·路易斯(Gilbert Lewis)创造出来。无论如何,在今天,光子的概念,即光的“波包”,已为物理学界的学者所熟知,再没有任何一个物理学家会试图否认其存在了。

就这样,花了将近20年,形成于1905年,出自一个类比的光量子的思想才被物理学家严肃对待。甚至在康普顿效应之后,仍经过了一场激烈的交锋,爱因斯坦的光量子思想才被普遍接受。在今天,奇怪的是,这个故事几乎被遗忘了。事实上,大部分当代物理学家错误地认为爱因斯坦1905年的5篇伟大的论文中的第一篇是专门为了解释“著名的”光电效应而写的,其基础全部是马克斯·普朗克的思想,即黑体壁内的原子只能承载振动能的量子量。但爱因斯坦的论文不是为此而写的。事实上,在1905年,光电效应还是一个新发现,关于它的研究尚未展开,没有足够的数据可供使用以作出准确的解释。所以,在他的文章里,爱因斯坦不是在对一个著名的、记录详细的效应提出一种解释。相反,他是在对一个鲜为人知的效应所表现出的行为作出一个准确的预测,并且以清晰的思路提出如何检验他的预测。这一切在文章的末尾仅仅占据了两页纸的篇幅。爱因斯坦文章的主旨是关于光量子这个基本思想的。这一思想和马克斯·普朗克于1900年提出的假设几乎没有共同之处,这一点可以从普朗克对这一思想的强烈抵制看得出来。总之,爱因斯坦的光量子论文主要探索黑体和理想气体之间的微妙的类比。一旦瞥见了这一类比,爱因斯坦就完全不顾风险,将自己的全部信念置于其中。他提出的观点让他的同事认为他失去了理智。然而,他耐心等待了将近20年,直到康普顿的实验证明了他的观点是正确的。

这一传奇令人不安但同时也给人以启发。这是一个美丽的明证,表明爱因斯坦具有抓住事物的真实本质的能力,即使他的同事看到的只有无关大局的小事或者只是一片迷雾,看不到明显的地标。

爱因斯坦的概念滑动不可思议

世界上最有名的方程是什么?最有资格参加角逐这一声望的,除了“1+1=2”,肯定非“E=mc2”莫属。爱因斯坦利用这个著名的公式披露了质量和能量概念之间深奥而意想不到的关系。在本章接下来的几节里,将集中探讨这位三级技术专家如何逐渐深化了他对自己的发现的理解。爱因斯坦用了整整两年,1905年到1907年,才认清了隐藏在这5个小符号后面意想不到的深刻含义。爱因斯坦头脑中的概念演变是如何发展的?这里面有一个神奇却鲜为人知的故事。

但是,现在必须从头开始,从E=mc2的起源开始。为了做好铺垫,我们需要描述类比范畴的水平延伸和垂直跃升在科学发现中的运作机制。在爱因斯坦的思维中,这两类过程都扮演了关键的角色。它们共同作用,将他推向了不可思议的目的地。

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