愛因斯坦
首先,請允許我對你們表示我最誠摯的謝意,謝謝你們給了我這麼大的榮譽。現在我成為你們科學院的一員,以後我就不再為職業發展操心了,而且還可以全身心地投入到科學研究中,這些都令我非常激動。希望我的努力工作能給你們帶來一些結果,不過,我的努力和感激之情是百分之百的。
下面,我將藉此機會講一點我在這個領域的感受,即理論物理學對實驗物理學的作用。幾天前,一位數學領域的朋友半開玩笑地對我說:“數學家可以做的事非常多,但需要的時間比較長。你想要立竿見影,那恐怕是絕對不可能的。”理論物理學家的狀況與數學家的狀況非常相像。實驗物理學家可以馬上完成的,理論物理學家不行。那麼,為什麼會出現這種適應能力的延後呢?
通常,理論學家都是運用基礎的、普遍的假設或原理來給出結論和解決問題的。他們的工作分為兩個部分。第一步,發現原理,然後再根據這些原理匯出結論。第二步,在學生時代,他已經經過了嚴格的訓練,並且儲備了一定的理論基礎。因此,只要他在某領域或某種複雜的現象中,解決了第一步的原理問題,那麼只要這個人勤奮和聰明,就很容易實現第二步。不過,不同的理論學家所進行的第一步工作,性質可能會有質的不同,即發現一些可作為推理的原理各有不同的方法。要完成這一步,其實並沒有什麼現成的方法可以借鑑和學習。作為科學家,必須具備這樣的能力,即從繁雜的經驗和事實中找到一些普遍規律,並用精確的公式把這些規律表示出來,這樣才能最終發現自然界的普遍原理。
一旦找到這種通用的公式,那麼一個接著一個的推理就會順理成章。這些推理可能會出現一些預料不到的結果,還可能會遠遠超出原理的適用範圍,但只要這些作為起點的原理還沒有得出,那麼極個別的經驗和事實一點用處也沒有。也就是說,單憑經驗,然後抽象一些孤立無援的普遍定律,是不能有什麼成果的。只要沒有推匯出作為起點的基礎原理,那麼他憑經驗進行的個別研究是不起作用的。
目前,關於低溫下的熱輻射和分子運動定律等理論,正處於這樣的起點。15年前,理論物理學界普遍認為,物質的電、光和熱的性質完全可以靠伽利略理論、牛頓力學,以及麥克斯韋的電磁場理論來解釋。後來,普朗克提出了量子假說。這一原理與古典物理學原理不相容,使得熱輻射定律的計算方法發生了改變。接著,他用這種量子假說解釋了速率足夠低而加速度足夠大的極小物體的運動情況,至此,古典物理學就被他推翻了。所以,就目前的物理學情況來看,伽利略和牛頓提出的那些運動定律只能算是極限定律。儘管理論物理學家們付出了艱辛的努力,但是能完全代替古典力學的原理還沒被找到,因為要使這些原理完全符合普朗克的熱輻射定律和量子假說還真不容易。雖然分子運動論解釋了很多關於熱的事實,但這種運動的基本定律目前的研究狀況,還是與牛頓以前的天文學家研究行星運動情況時的處境差不多。
我講了這麼多,只為了說明一種情況,那就是還沒有適當的原理來處理它們的理論。當然,也可以出現另外一種情況,那就是雖然提出的原理也匯出了一些結論,但完全可能超出我們目前的經驗所能觸及的範圍。如果這樣,那麼要斷定這些原理與事實是否相符,可能還需要很多年的實驗研究來驗證。大家在相對論中可以見到這樣的情況。
在相對論中,有對空間和時間兩個基本概念的分析。透過分析,我們理解了當物體運動而產生的光學問題在極限空間中呈現光速不變原理,所以那種靜態的光以太理論是不能被人信服的。不過,我們可以得出這樣的結論:在地球上進行的運動實驗,對地球自身的任何移動都是不適用的。這樣的移動,必須用相對性原理來解釋:當座標系發生移動,即從原來的座標系轉移到一個相對於它做勻速平移運動的新座標系中,它們的形式是自然規律所不能改變的。這個理論已經得到了實驗的驗證,而且在很多有關聯的事實理論中越來越簡單化了。
當然,從理論方面分析,這個理論也不是十全十美的。因為,這種相對性原理只限於勻速運動。勻速運動很難從物理學的觀點得出一個絕對性的意義。如果上述觀點正確,那麼就會有人問:難道非勻速運動就不能運用這種理論嗎?因此,一旦人們應用這種擴充理論的方法,我們就必須推出一種更準確的相對論,由此就會得出包括動力學在內的廣義引力論。而就目前的情況來看,我們還沒有能力找到事實來檢驗這種假設原理的正確性。
歸納物理學和演繹物理學互相提出了問題。解決這些問題,就需要大家團結起來,全力以赴地去探索和研究。這種探究是永恆的。願我們的努力能很快取得成果!