相對(duì)論與量子力學(xué)的不協(xié)調(diào)問(wèn)題

1、相對(duì)論與量子力學(xué)的不協(xié)調(diào)問(wèn)題在“前沿科學(xué)”雜志創(chuàng)刊一周年座談會(huì)上，國(guó)家外國(guó)專家局原局長(zhǎng)馬俊如發(fā) 言：“當(dāng)前科技界存在的最主要問(wèn)題是對(duì)自己發(fā)展科學(xué)的自信心不夠。他說(shuō)，缺 乏自信心表現(xiàn)在多方面。在基礎(chǔ)研究方面，表現(xiàn)為獨(dú)立思考提出來(lái)的研究命題很 少，大多數(shù)或者主要的都是跟著國(guó)際風(fēng)向走。同時(shí)，不敢挑戰(zhàn)權(quán)威，迎合國(guó)際觀 點(diǎn)，做一些驗(yàn)證性的工作?！卑⑻m德基在起源中說(shuō)：“科學(xué)是唯一的自動(dòng)糾 錯(cuò)的人類系統(tǒng)，不過(guò)，科學(xué)也是只有通過(guò)證明自己錯(cuò)誤才得以進(jìn)步的過(guò)程。”物理學(xué)最基本的目的是尋求自然界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一規(guī)律，然而現(xiàn)代物理學(xué)擁 有一個(gè)支離破碎的物理理念世界:超宏觀的有天文學(xué)的黑洞，宇宙大爆炸；微 觀的有微觀粒子

2、的波粒二象性；介于其間的有狹義和廣義相對(duì)論。量子力學(xué)的不 確定原理，使真空中充滿虛實(shí)粒子對(duì)，它們具有無(wú)限大的能量，按照相對(duì)論就應(yīng) 該有無(wú)限大的質(zhì)量，進(jìn)而產(chǎn)生無(wú)限大的引力，宇宙就會(huì)坍塌成一個(gè)點(diǎn)，但實(shí)際宇 宙并未坍塌。我們的科學(xué)被劃分成了一個(gè)個(gè)相對(duì)孤立的體系，并不斷地進(jìn)行繼續(xù) 的分化，看起來(lái)科學(xué)之樹(shù)越來(lái)越枝繁葉茂，但同時(shí)也越來(lái)越繁瑣，越來(lái)越孤立。實(shí)驗(yàn)和理論的對(duì)立統(tǒng)一作為科學(xué)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力是根本的，也是顯而易見(jiàn) 的。但是，世紀(jì)之交的物理學(xué)革命表明，各理論體系之間的對(duì)立統(tǒng)一也是科學(xué)發(fā) 展的一種不可忽視的內(nèi)在動(dòng)力，它有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致新概念或新理論的提出?？陀^世 界是統(tǒng)一的，作為反映客觀世界運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論必然

3、具有某種內(nèi)在的聯(lián)系。這是 從表面上的對(duì)立入手，追求本質(zhì)上統(tǒng)一的理論的客觀基礎(chǔ)。作為演繹前提的基本 概念和基本假設(shè)變得愈來(lái)愈抽象，愈來(lái)愈遠(yuǎn)離感覺(jué)經(jīng)驗(yàn)。僅僅通過(guò)實(shí)驗(yàn)，用構(gòu)造 性的努力去發(fā)現(xiàn)真實(shí)定律是相當(dāng)困難的，甚至是不可能的。著眼于各理論體系之 間的對(duì)立統(tǒng)一，往往能創(chuàng)出新路。由于種種條件的限制，有關(guān)實(shí)驗(yàn)在一定的歷史 時(shí)期內(nèi)不可能實(shí)現(xiàn)或一時(shí)難以完成。如果要等實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)有科學(xué)理論發(fā)生尖銳矛盾 時(shí)再立足于實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行研究，勢(shì)必大大延緩科學(xué)發(fā)展的進(jìn)程。在這種情況下， 從舊有理論體系之間的矛盾入手，往往能取得突破。實(shí)驗(yàn)由于設(shè)備復(fù)雜、要求精 度很高等原因，其他人往往難以重復(fù)，這樣便難于及時(shí)得到科學(xué)界的公認(rèn)和受到

4、 應(yīng)有的重視?？茖W(xué)家（包括實(shí)驗(yàn)者本人）對(duì)新實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)有一個(gè)曲折的過(guò)程，特別 是那些觸及傳統(tǒng)觀念的實(shí)驗(yàn)，其深刻意義往往需要很久才能被揭示出來(lái)。在現(xiàn)代物理學(xué)把各個(gè)學(xué)科的觀察分別描述成各種互相獨(dú)立的力作用系統(tǒng)，而 忽略了其中的內(nèi)在聯(lián)系。中科院原院長(zhǎng)、理論物理學(xué)家周光召2005年在中科院 理論物理所的一次演講中所說(shuō)：“像相對(duì)論、量子力學(xué)或是量子場(chǎng)論這些最基本 的理論，到現(xiàn)在為止，仍有跡象表明都不是最終的理論。無(wú)論是基本粒子，還是 天體物理，都在不斷提供很多新的現(xiàn)象，對(duì)這些現(xiàn)象，現(xiàn)有的理論完全無(wú)法解釋?！?我國(guó)一位著名理論物理學(xué)家曾表示：“從五十年代開(kāi)始廣義相對(duì)論引力論工作者 用不同的條件和數(shù)學(xué)方法發(fā)表

5、了數(shù)以百計(jì)篇的場(chǎng)方程準(zhǔn)確解的論文。但是，作者 們自己也不得不承認(rèn)這些解的絕大多數(shù)和物理現(xiàn)象沒(méi)有關(guān)系。”我國(guó)著名科學(xué)家周光召先生在21世紀(jì)一百個(gè)科學(xué)難題一書(shū)的序言中明 確指出：“科學(xué)問(wèn)題的產(chǎn)生和出現(xiàn)往往是科學(xué)真理產(chǎn)生的標(biāo)志，往往也是一個(gè)全 新科學(xué)體系誕生的前提條件。”如果說(shuō)目前尚有100道物理難題困擾著人類；然 而比起其他99道物理難題來(lái)，量子力學(xué)同相對(duì)論的協(xié)調(diào)問(wèn)題乃是所有問(wèn)題的根 本。此問(wèn)題實(shí)乃20世紀(jì)人類留給21世紀(jì)物理學(xué)的第一朵“烏云”。一位學(xué)者說(shuō)： 現(xiàn)在的物理學(xué)家應(yīng)該是這樣的一些人，星期一、三、五研究量子理論，星期二、 四、六研究引力相對(duì)論，星期日就去向上帝祈禱。讓別人，最好是他自己能把

6、量 子理論與相對(duì)論結(jié)合在一起?！?】愛(ài)因斯坦于1946年就指出：“迄今為止想把量子論和相對(duì)論融合起來(lái) 的一切努力都遇到了抵制”?！?】30余年后惠勒再次指出：“我們常說(shuō)，物理 學(xué)中最大的問(wèn)題是協(xié)調(diào)量子論和相對(duì)論。我現(xiàn)在更顯明地說(shuō)：量子論和相對(duì)論根 本不能協(xié)調(diào)”。【3】霍夫曼則說(shuō)：“雖然在我們尋求知識(shí)當(dāng)中，這兩個(gè)理論一起 作出了最深刻的進(jìn)展，然而它們必將彼此為敵，要等到一個(gè)更加有力的理論把這 兩個(gè)理論都征服了，它們的根本分歧才會(huì)得到解決。新理論會(huì)消除我們現(xiàn)在煞費(fèi) 苦心獲得的關(guān)于空間、時(shí)間、物質(zhì)和輻射及因果性等的幻想?！薄?】也有人說(shuō)： 量子理論同相對(duì)論之間，有著深刻的，尖銳的，災(zāi)難性的矛盾。妥善

7、解決量子理 論同相對(duì)論之間的問(wèn)題，應(yīng)該是蘊(yùn)含了一場(chǎng)科學(xué)的革命。李政道提出，在21世 紀(jì)會(huì)出現(xiàn)四個(gè)重大的研究領(lǐng)域：目前在原來(lái)的物理學(xué)框架上，理論發(fā)展已經(jīng)很困 難，應(yīng)該有一個(gè)大的突破。應(yīng)該著眼于微觀的基本粒子和宏觀的真空態(tài)統(tǒng)一起來(lái) 研究，這比20世紀(jì)初的理論革命會(huì)有更加大的突破。本世紀(jì)20年代量子力學(xué)建立以后，狹義和廣義相對(duì)論與量子理論相結(jié)合， 一直是理論物理學(xué)發(fā)展的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，這種結(jié)合不斷發(fā)展和深化， 也不斷接受科學(xué)實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。一方面，實(shí)驗(yàn)事實(shí)充分證明相對(duì)論和量子力學(xué)在其 有效范圍內(nèi)是可靠的理論；另一方面，實(shí)驗(yàn)研究和理論進(jìn)展表明，它們也遇到了 一些難以解決的反常問(wèn)題，其中一些問(wèn)題是帶

8、有根本性的和革命性的，似乎難以 容納在相對(duì)論和量子力學(xué)的框架內(nèi)。（1）廣義相對(duì)論中應(yīng)用的是張量算子，而 它是以微分學(xué)為基礎(chǔ)的，這要求空間是光滑的，但是量子力學(xué)要求空間的量子化， 必然對(duì)廣義相對(duì)論建立的基礎(chǔ)產(chǎn)生沖擊，量子力學(xué)的基本方程是薛定鄂方程，為 一波函數(shù)的二階偏微分方程，因?yàn)椴ê瘮?shù)的標(biāo)準(zhǔn)條件是有限，唯一，連續(xù)，所以 事實(shí)上量子化的結(jié)論只是波函數(shù)求解時(shí)為了滿足連續(xù)這一標(biāo)準(zhǔn)條件所得出的結(jié) 果.運(yùn)用薛定鄂方程證明波爾的定態(tài)假設(shè)即是例證。Einstein講的好：“任意次實(shí) 驗(yàn)都不能證明我是對(duì)的，但只要一次實(shí)驗(yàn)就能證明我是錯(cuò)誤的。”因此，在相對(duì) 論和量子力學(xué)還處于興盛時(shí)期的今天，汲取這些理論的真理性

9、的內(nèi)容，克服它們 所面臨的疑難，進(jìn)一步探索自然界的奧秘，就已經(jīng)提到當(dāng)代物理學(xué)家的議事日程 上來(lái)了。在這些種種矛盾和非協(xié)調(diào)的物理現(xiàn)象背后，存在著一個(gè)更為基本的自然 層面。所有的問(wèn)題，如不涉及或深入到這一層面是不可能得出一個(gè)完整的解來(lái)的。 統(tǒng)一目前物理理論中的各個(gè)局部理論的工作，不應(yīng)當(dāng)是建立在通過(guò)修改或擴(kuò)展某 一具體定律來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這里需要的是一個(gè)更為有力的思想工具，或說(shuō)是觀念。前蘇聯(lián)科學(xué)院院士塔姆說(shuō)： .我們現(xiàn)在正處在認(rèn)識(shí)自然構(gòu)造的根本規(guī)律 的一個(gè)新階段，量子理論、相對(duì)論、牛頓理論等等都將作為這些普通規(guī)律的一個(gè) 個(gè)特殊情況引伸出來(lái)。無(wú)法預(yù)言新的徹底的物理理論何時(shí)才能建立起來(lái)，也 不知它將如何建立起

10、來(lái)的.但在全世界有成千上萬(wàn)實(shí)驗(yàn)工作者和理論工作者 奮戰(zhàn)在物理學(xué)的這塊前沿陣地，這個(gè)事實(shí)使我們相信，這一時(shí)刻已為期不遠(yuǎn)了”。 科學(xué)體系越是成就輝煌，魅力無(wú)限，它的基本理論就越容易被賦予類似宗教里教 義的地位。相對(duì)論體系作為一個(gè)理論體系并沒(méi)有完成。從前人繼承下來(lái)的慣性和慣性運(yùn) 動(dòng)的起源問(wèn)題盡管有所發(fā)展，但并沒(méi)有解決。1960年代末以來(lái)，發(fā)現(xiàn)廣義相對(duì) 論存在時(shí)空失去意義的“奇性”，宇宙起源于奇性，星系演化經(jīng)過(guò)黑洞終結(jié)于奇性。黑洞不“黑”，任何有序物體掉進(jìn)黑洞，都變成無(wú)序的熱輻射發(fā)射出來(lái)，從而信息 丟失。這不僅與物理學(xué)理論基礎(chǔ)之一的量子力學(xué)薛定諤方程的概率流守恒矛盾， 也與其他理論沖突。作為量子論和狹

11、義相對(duì)論的結(jié)合的量子電動(dòng)力學(xué)和量子場(chǎng)論 更是如此。一方面，量子電動(dòng)力學(xué)取得了巨大成功，可以給出與實(shí)驗(yàn)精確符合的 微擾論計(jì)算結(jié)果，例如：關(guān)于電子反常磁矩的微擾論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以符 合到十幾位有效數(shù)字；格拉肖-溫伯格-薩拉姆(Glashow-Weinberg-Salam )的弱電模 型在很大程度上統(tǒng)一了微觀尺度上的電磁作用和弱作用，在相當(dāng)于1000倍質(zhì)子 質(zhì)量的能量尺度下與幾乎所有實(shí)驗(yàn)符合；包括量子色動(dòng)力學(xué)在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)模型對(duì)于 強(qiáng)作用的一些性質(zhì)也能給出令人滿意的結(jié)果等。另一方面，與實(shí)驗(yàn)精確符合的微 擾論計(jì)算在理論上卻并不成立，微擾級(jí)數(shù)本身一定會(huì)發(fā)散。標(biāo)準(zhǔn)模型中有20幾 個(gè)自由參數(shù)需要實(shí)驗(yàn)輸入，

12、其中包括一些極重要的無(wú)量綱參數(shù)，如精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)、 四介子與電子質(zhì)量之比等。為了減少參數(shù)的大統(tǒng)一理論或超對(duì)稱大統(tǒng)一理論，往 往會(huì)導(dǎo)致質(zhì)子衰變?？墒牵瑢?shí)驗(yàn)上一直沒(méi)有觀測(cè)到質(zhì)子衰變現(xiàn)象，也沒(méi)有觀測(cè)到 超對(duì)稱粒子，這是為什么？超對(duì)稱如何破缺？為什么有夸克禁閉和色禁閉？為什 么夸克質(zhì)量譜中存在極大的質(zhì)量間隙？為什么會(huì)有三代夸克-輕子及其質(zhì)譜？理 論上作用極大的“真空”到底是什么?理論上計(jì)算的“真空”能量，與宇宙學(xué)常數(shù)觀 測(cè)值相應(yīng)的“真空能”相比，高出幾十到一百多個(gè)數(shù)量級(jí)，這又是為什么？這些問(wèn) 題都難以回答。聯(lián)合國(guó)教科文組織1998年世界科學(xué)報(bào)告中有一段話：“Einstein的理論(相對(duì) 論)和量子理論是

13、二十世紀(jì)的兩大學(xué)術(shù)成就。遺憾的是，這兩個(gè)理論迄今為止被 證明是對(duì)立的。這是一個(gè)嚴(yán)重的障礙”。物理學(xué)家S.溫伯格在“引力論和宇宙論” 一書(shū)的緒論中寫(xiě)道：“物理學(xué)并不是一個(gè)已經(jīng)完成的體系，相反它每時(shí)每刻都存 在著一些觀念上的巨大混亂，有些觀念像民間史詩(shī)那樣，從往昔的英雄時(shí)代流傳 下來(lái)；而另一些則像空想小說(shuō)那樣，從我們對(duì)于將來(lái)會(huì)有偉大的綜合理論的向往 中產(chǎn)生出來(lái)。”諾貝爾獎(jiǎng)獲得者海森伯(W.Heisenberg)說(shuō)過(guò)：“在人類思想發(fā)展 史上，最高成果的發(fā)展幾乎總是發(fā)生在兩種不同思維方法的交會(huì)點(diǎn)上。它們可能 起源于人類文化中十分不同的部分.。因此，如果它們真正地匯合，也就是說(shuō)， 如果它們之間至少關(guān)聯(lián)到

14、這樣的程度，以致于發(fā)生真正的相互作用，那么我們就 可以預(yù)期將繼之以新穎有趣的發(fā)展?！苯?0多年來(lái)，關(guān)于非平衡統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的研 究前景也十分誘人，非平衡相變、耗散結(jié)構(gòu)、協(xié)同學(xué)等就是其中比較活躍的研究 領(lǐng)地。這幾年，人們注意到，遠(yuǎn)離平衡的系統(tǒng)可能經(jīng)過(guò)突變進(jìn)入混沌（chaos）狀態(tài)， 而且混沌態(tài)可能并不比時(shí)空有序的狀態(tài)更“無(wú)序”，混沌態(tài)和耗散結(jié)構(gòu)還可能交替 出現(xiàn)?，F(xiàn)在，人們大體上已了解到，混沌是非常普遍的自然現(xiàn)象，在一定的意義 上講，混沌狀態(tài)比無(wú)理數(shù)要多得多，而且混沌序（內(nèi)在隨機(jī)性）比自然界存在的有 理序（周期性）、無(wú)理序（準(zhǔn)周期性）更“高級(jí)”，即使在通常認(rèn)為由決定論統(tǒng)治的牛 頓力學(xué)中，也普遍地存在著

15、內(nèi)在隨機(jī)性，完全確定論的描述在牛頓力學(xué)中倒是少 如風(fēng)毛麟角。但是，混沌決不是簡(jiǎn)單的無(wú)序，而更像是不具備周期性和其他明顯 對(duì)稱特征的有序態(tài)。在理想情況下，混沌狀態(tài)具有無(wú)窮的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只要有足夠 精密的觀察手段，就可以在混沌態(tài)之間發(fā)現(xiàn)周期和準(zhǔn)周期運(yùn)動(dòng)，以及在更小的尺 度上重復(fù)出現(xiàn)的混沌運(yùn)動(dòng)。正因?yàn)槿绱耍覈?guó)學(xué)者才從古漢語(yǔ)中引用“混沌”一詞 （氣似質(zhì)具而未相離，謂之混沌）來(lái)描述這種奇特的現(xiàn)象?；煦甾D(zhuǎn)變和非平衡相變 都是經(jīng)過(guò)突變而不是漸變實(shí)現(xiàn)的，這說(shuō)明混沌狀態(tài)的出現(xiàn)也與對(duì)稱破缺有關(guān)?，F(xiàn) 在重整化技術(shù)已經(jīng)成功地用于混沌轉(zhuǎn)變的研究，已有一批反映通向混沌道路的數(shù) 學(xué)模型，而且新的實(shí)驗(yàn)報(bào)道也在不斷涌現(xiàn)。這個(gè)成

16、為80年代重要研究課題的進(jìn) 展，也許不僅會(huì)導(dǎo)致數(shù)理科學(xué)中基本觀念的又一次革新，而且可能導(dǎo)致對(duì)偶然性 和必然性、確定論和概率論等哲學(xué)范疇以及自然科學(xué)方法論的更深刻的認(rèn)識(shí)。量子物理學(xué)伯克力物理學(xué)教程第四卷，這是美國(guó)上個(gè)世紀(jì)60年代以來(lái) 大學(xué)理工科流行教材。在全書(shū)最后的結(jié)束語(yǔ)中告訴你一個(gè)真實(shí)的物理學(xué)：“讀完 本書(shū)直至最后一章結(jié)尾的讀者已初步看到某些近代物理學(xué)中最核心的問(wèn)題，他知 道了物理學(xué)還不是成熟的學(xué)科，存在很多基本問(wèn)題，這些問(wèn)題目前還看不到解決 的辦法。”美E.H.Wichmann量子物理學(xué)（伯克利物理學(xué)教程第四卷），復(fù) 旦大學(xué)物理系譯，科學(xué)出版社，1978年，502頁(yè)著名的科學(xué)家溫伯格在引力論

17、和宇宙論的開(kāi)篇緒論的第一段就開(kāi)宗明義：“物理學(xué)并不是一個(gè)已經(jīng)完成的邏輯體系。相反，它每時(shí)每刻都存在著一些觀念上的巨大混亂，有些觀念像民間史詩(shī)那樣，從往昔英雄時(shí)代傳下來(lái)；而另一些則 是像空想小說(shuō)那樣，從我們對(duì)于將來(lái)會(huì)有偉大的綜合理論的響往中產(chǎn)生出來(lái)。為 了從這混亂中理出一個(gè)頭緒，一本物理書(shū)籍的作者可以采用下列兩種方法之一來(lái) 組織材料：一種是摘引物理學(xué)史；另一種是遵循他自己對(duì)物理學(xué)定律的最終邏輯 結(jié)構(gòu)的最佳推測(cè)，這兩種方法都是有價(jià)值的；要緊的是不要把物理學(xué)誤為歷史， 也不要把歷史誤為物理學(xué)。”美S.溫伯格引力論和宇宙論鄒振隆等譯，科學(xué)出版社，1980年第1 頁(yè)李政道 粒子物理和場(chǎng)論簡(jiǎn)引書(shū)末展望章：

18、“當(dāng)然，我們不能預(yù)告未來(lái)。粒子物理的歷史曾經(jīng)充滿出乎意料的發(fā)現(xiàn)，它們轉(zhuǎn) 而導(dǎo)致了出乎意料的方向。在粒子物理的演化中，我們?cè)?jiàn)證了很多例子，它們 顯示出的，有物理學(xué)家的智慧，也有愚蠢。似乎更可能的是，我們目前的了解也 是暫時(shí)的。我們的基本概念和理論將進(jìn)一步經(jīng)受重大的改變。確實(shí)，很早以前就 有人說(shuō)過(guò)：道可道，非常道，名可名，非常名?！崩钫?粒子物理學(xué)和場(chǎng)論簡(jiǎn)引（下冊(cè)）湯拒非 等譯，科學(xué)出版社1984 年第353頁(yè)王正行近代物理學(xué)（北京大學(xué)教材）書(shū)末結(jié)語(yǔ)最后一段告誡：“盡管相對(duì)論與量子力學(xué)已經(jīng)取得了很大成功，但我們還不能把近代物理學(xué)看成 一門已經(jīng)完成了的物理學(xué)。在當(dāng)代物理學(xué)研究中，絕大部分挑戰(zhàn)和機(jī)

19、會(huì)都是屬于 近代物理學(xué)的。在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)，情況肯定還會(huì)是如此。我們還不能肯定地 預(yù)測(cè)在什么時(shí)候、在什么問(wèn)題上將會(huì)有原則性地突破。不過(guò)，如果在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn) 對(duì)相對(duì)論或量子力學(xué)作原則上的修改，也不會(huì)是完全出乎預(yù)料的。在迎接21世 紀(jì)到來(lái)時(shí)，近代物理學(xué)基礎(chǔ)正期待著原則性的新的突破。”王正行編著近代物理學(xué)（北京大學(xué)教材），北京大學(xué)出版社1995年，第 570頁(yè) 著名理論物理學(xué)家郭漢英在科學(xué)（上海）撰文，引用溫伯格“物理學(xué)不是 一個(gè)完成的邏輯體系”的一段話，明確指出：近代物理學(xué)的經(jīng)典理論、量子理論 和相對(duì)論這三大理論體系都沒(méi)有完成。物理學(xué)正面臨著新的挑戰(zhàn)，醞釀新的重大 突破。郭漢英物理學(xué)不是一個(gè)完成了

20、的邏輯體系載于科學(xué)（上海）2004 年3期狄拉克是一位可以同玻爾、Einstein齊名的著名物理學(xué)家，他的最大貢獻(xiàn)是建立 相對(duì)論性電子運(yùn)動(dòng)方程（狄拉克方程），并成功的通過(guò)方程的負(fù)能解預(yù)言了電子 的反粒子一一正電子的存在。作為處理數(shù)學(xué)物理問(wèn)題得心拿手的物理學(xué)大師，他 對(duì)量子力學(xué)問(wèn)題及其哈密頓描述有著深刻的系統(tǒng)的研究，對(duì)量子力學(xué)確定性爭(zhēng)論 問(wèn)題有著清醒的、獨(dú)到的深刻見(jiàn)解，還指出含有時(shí)間變量的量子力學(xué)方程無(wú)解， 也指出量子電動(dòng)力學(xué)為消除無(wú)窮大發(fā)散的重整化措施的依據(jù)不足。他聲名顯赫但 始終對(duì)物理學(xué)保持低調(diào)，認(rèn)為現(xiàn)有的自然科學(xué)概念存在著成見(jiàn)，是暫時(shí)的、過(guò)渡 的，過(guò)分看重這些現(xiàn)有概念是錯(cuò)誤的，必須質(zhì)疑，用

21、更精確東西取而代之。狄拉 克這些精辟的觀點(diǎn)，集中體現(xiàn)在1972年9月在意大利的物理學(xué)自然概念發(fā)展的 國(guó)際討論會(huì)上的發(fā)言中：“在回顧物理學(xué)的大發(fā)展時(shí)，我們看到，物理學(xué)的發(fā)展可以描繪為一個(gè)由許多小 的進(jìn)展所組成的相當(dāng)穩(wěn)定的發(fā)展過(guò)程，再疊加上幾個(gè)巨大的飛躍。當(dāng)然，正是這 些大飛躍構(gòu)成了物理學(xué)發(fā)展中最有意義的特征。作為背景的穩(wěn)定發(fā)展大都是邏輯 性的，這時(shí)人們得出的一些思想都是按照標(biāo)準(zhǔn)的方法從以往的結(jié)果推導(dǎo)出來(lái)的， 但是一旦有一個(gè)大飛躍時(shí)，這就意味著必須引入某種全新的概念。“這些大飛躍經(jīng)常是在于克服某種成見(jiàn)。我們?cè)凶怨乓詠?lái)形成的種種成見(jiàn)，我 們?cè)?jīng)不加思索地接受了某種東西，只因?yàn)樗鼈兪侨绱说仫@然，不容

22、置疑。然而 物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，必須對(duì)這些成見(jiàn)提出疑問(wèn)，必須以某種更精確的東西來(lái)代替這些 成見(jiàn)，從而導(dǎo)出某種全新的自然概念。、“最后，我愿意對(duì)將來(lái)的展望略談幾句。物理學(xué)家的自然概念的發(fā)展當(dāng)然不會(huì)就 此止步。所以，對(duì)目前的一些概念賦予過(guò)分的重要性將是錯(cuò)誤的。目前也許不過(guò) 是一個(gè)中間階段，我們必須認(rèn)為將來(lái)的發(fā)展將是根本性的。我想將來(lái)的根本性將 不亞于從玻爾軌道到海森堡量子力學(xué)的發(fā)展過(guò)程。我不知道我們應(yīng)該等待多久這 些未來(lái)的發(fā)展才會(huì)出現(xiàn)。但是，它們肯定要出現(xiàn)，而且就像我在前面提到的，這 些將來(lái)的發(fā)展可能對(duì)決定論與非決定論的爭(zhēng)論給予新的啟示。“人們常常試圖找出得到這些新概念的途徑，有些人在當(dāng)前量子力學(xué)的公理

23、體系 概念上下功夫，我認(rèn)為這不會(huì)有任何效果。你們只要想象一下過(guò)去有人曾在玻爾 軌道理論的公理體系上下過(guò)功夫，他們決不會(huì)想到把不可對(duì)易的乘法作為他們的 公理之一提出來(lái)接受挑戰(zhàn)。同樣，將來(lái)的任何發(fā)展都必然會(huì)涉及改變某種東西， 而這種東西到目前為止，人們還不曾提出過(guò)異議，它們不會(huì)由公理體系顯示出 來(lái)?！盤.A.M.Dirac物理學(xué)家自然概念的發(fā)展，載于中國(guó)科大 現(xiàn)代物理學(xué)參考 資料第一集，科學(xué)出版社，1976年，第1頁(yè)美籍華人著名的物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者李政道把“一些物理現(xiàn)象理論上對(duì) 稱，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果不對(duì)稱”、“暗物質(zhì)問(wèn)題、暗能量問(wèn)題”、類星體的發(fā)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) 核能，每個(gè)類星體的能量竟然是太陽(yáng)能量的

24、1015倍、“夸克禁閉”稱為是21世紀(jì) 科技界所面臨的四大難題。無(wú)論是現(xiàn)存理論間或理論與事實(shí)間的微妙沖突都會(huì)引 導(dǎo)代表人類的思維拓展科學(xué)發(fā)現(xiàn)的新疆界。著名的物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者史蒂文溫伯格說(shuō)：“（基礎(chǔ)物理學(xué)）歷史的 風(fēng)險(xiǎn)在于，在思考過(guò)去的偉大工作（比如相對(duì)論、量子力學(xué)等）的那些偉大而勇 敢的思想過(guò)程中，我們?cè)黾恿藢?duì)它們的這種崇敬，在我們想像的一種終極的物理 學(xué)理論中，我們變得無(wú)法再重新評(píng)價(jià)它們的地位。”當(dāng)代著名的數(shù)學(xué)家和理論物 理學(xué)家霍金教授Stephen W. Hawking在他的時(shí)間簡(jiǎn)史一書(shū)的結(jié)尾處這樣寫(xiě)到： “然而，如果我們確實(shí)發(fā)現(xiàn)了一套完整的理論，它應(yīng)該在一般的原理上及時(shí)讓所 有

25、人（而不僅僅是少數(shù)科學(xué)家）所理解。那時(shí)，我們所有人，包括哲學(xué)家、科學(xué) 家以及普普通通的人，都能參加為何我們和宇宙存在的問(wèn)題的討論”。楊振寧曾 經(jīng)說(shuō)過(guò)，物理學(xué)的革命往往是從最簡(jiǎn)單、最根本的問(wèn)題開(kāi)始的。我們應(yīng)該深究發(fā) 生這些現(xiàn)象的原因，找出事物運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律。Einstein認(rèn)為：“我們關(guān)于物理實(shí) 在的觀念決不會(huì)是最終的。為了以邏輯上最完善的方式來(lái)正確地處理所感覺(jué)到的 事實(shí)，我們必須經(jīng)常準(zhǔn)備改變這些觀念一一也就是說(shuō)，準(zhǔn)備改變物理學(xué)的公理基 礎(chǔ)”。他還說(shuō)：“然而為了科學(xué)，就必須反反復(fù)復(fù)地批判這些基本概念，以免我們 會(huì)不自覺(jué)地受它們支配。在傳統(tǒng)的基本概念的貫徹使用碰到難以解決的矛盾而引 起了觀念的發(fā)展

26、的那些情況下，這就變得特別明顯”。在這種思想的指導(dǎo)下， Einstein曾多次表示，他的理論絕不是完美無(wú)缺的終極理論，它們將來(lái)一定會(huì)被 其他更完善的理論來(lái)代替?！澳阋欢ㄏ胂笪以诖藭r(shí)此刻一定以滿意的心情來(lái)回顧 我一生的成就。但是仔細(xì)分析一下，卻完全不是這么一回事。我感到在我的工作 中沒(méi)有任何一個(gè)概念會(huì)很牢靠地站得住的，我也不能肯定我所走的道路一般是正 確的.但是確實(shí)有一種不滿足的心情發(fā)自我自己的內(nèi)心，這種心情是很自然 的，只要一個(gè)人是誠(chéng)實(shí)的，是有批判精神的；”【1】。當(dāng)年還是無(wú)名小卒的 羅素將“理發(fā)師悖論”論文寄給德國(guó)著名邏輯學(xué)家特洛伯.弗理茲，此時(shí)特洛伯.弗 理茲已完成他的最重要著作算法基礎(chǔ)，

27、自認(rèn)可以作為整個(gè)數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)，準(zhǔn)備 付印。看完羅素信特洛伯.弗理茲一聲長(zhǎng)嘆，便在書(shū)的最后加上一段話：“一個(gè)科 學(xué)家所遇到的最不合心意的事，莫過(guò)于在他的工作即將結(jié)束時(shí)發(fā)現(xiàn)其基礎(chǔ)崩潰 了，我把羅素的來(lái)信發(fā)表如下.”。在這些種種矛盾和非協(xié)調(diào)的物理現(xiàn)象背后，存在著一個(gè)更為基本的自然層面。所 有的問(wèn)題，如不涉及或深入到這一層面是不可能得出一個(gè)完整的解來(lái)的。統(tǒng)一目 前物理理論中的各個(gè)局部理論的工作，不應(yīng)當(dāng)是建立在通過(guò)修改或擴(kuò)展某一具體 定律來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這里需要的是一個(gè)更為有力的思想工具，或說(shuō)是觀念。郭漢英現(xiàn) 任中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員，博士生導(dǎo)師，他在經(jīng)濟(jì)物理、場(chǎng)論和數(shù)學(xué)物理 等研究領(lǐng)域成果顯著，兩次獲得國(guó)

28、家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。為了希望中國(guó)在跨世紀(jì)中 出現(xiàn)自己的基礎(chǔ)研究大家和獨(dú)創(chuàng)理論，郭漢英研究員說(shuō)，目前物理學(xué)對(duì)宇宙的了 解，包括猜想只有4%，而完全不知的竟占到了 70%。同時(shí)郭漢英研究員提出： “相對(duì)論體系存在有待驗(yàn)證的假定，基本原理不夠完善，相互之間存在不協(xié)調(diào)； 理論和時(shí)空觀念都有需要改進(jìn)之處”。郭漢英研究員舉追捧我國(guó)層子模型的溫伯 格在引力論和宇宙論廣義相對(duì)論的原理和應(yīng)用一書(shū)的話：“物理學(xué)并不 是一個(gè)已完成的邏輯體系。相反，它每時(shí)每刻都存在著一些觀念上的巨大混亂， 有些像民間史詩(shī)那樣，從往昔英雄時(shí)代流傳下來(lái);而另一些則是像空想小說(shuō)那樣， 從我們對(duì)于將來(lái)會(huì)有偉大的綜合理論的向往中產(chǎn)生出來(lái)?！彪y道

29、物理學(xué)從來(lái)不是， 也從來(lái)沒(méi)有一個(gè)完成了的邏輯體系嗎？郭漢英研究員說(shuō)，是的。陳一文先生說(shuō)“當(dāng) 代愛(ài)因斯坦式國(guó)際大師級(jí)科學(xué)家已經(jīng)出現(xiàn)，只不過(guò)像愛(ài)因斯坦當(dāng)初嶄露頭角時(shí)那 樣，相當(dāng)時(shí)期內(nèi)未能被科學(xué)界主流多數(shù)學(xué)者發(fā)現(xiàn)與認(rèn)識(shí)”。英國(guó)當(dāng)代科學(xué)史家 F?查爾默斯在科學(xué)究竟是什么中寫(xiě)道：在這些領(lǐng)域里自稱為“科學(xué)家”的人， 往往認(rèn)為自己是遵循物理學(xué)的經(jīng)驗(yàn)方法的幽禁在他們現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)室里，透 過(guò)數(shù)字仔細(xì)端詳世界，不能知道他們努力遵循的方法不僅必然是無(wú)結(jié)果和沒(méi)有成 效的，而且也不是使物理學(xué)取得成功的那種方法。（1）該理論能夠給其理論內(nèi)容范圍之內(nèi)的觀察事實(shí)提供解釋。理論的成熟程度 與能解釋的觀察事實(shí)的全面性、準(zhǔn)確性、無(wú)歧義性成正比。如果該理論不能給其 理論內(nèi)容范圍之內(nèi)的觀察事實(shí)提供解釋，那么這個(gè)理論就毫無(wú)意義了。如果理論 的框架十分龐大、外表十分華麗，而能解釋是事實(shí)并不多，理論的成熟度顯然不 夠。（2）為建立該理論的公理、假設(shè)和參量是充分的和必要的。因?yàn)楣砗图僭O(shè)是 理論的基礎(chǔ)，因此理論的成熟程度與公理和假設(shè)的嚴(yán)密程度成正比