在新物理学的发展中,1920年以后爱因斯坦真的落伍了吗?

如题所述

第1个回答  2020-08-29

在爱丁顿证实广义相对论的预言是正确后的几年里,爱因斯坦的社会声誉日增。但是就在这个时期,物理学本身也在大踏步前进。在20世纪20年代,研究原子现象的量子力学诞生了。爱因斯坦却不接受它,那并非因为量子力学是错的,而是爱因斯坦认为,量子力学对物理描述的不完备性否定了世界的客观性和决定论。

在20世纪20年代和30年代,新一代物理学家涌现了出来,他们接受了量子力学并成功地加以应用。随之而来的是化学键理论和用量子论解释化学的基本过程,还有固体、金属和磁化的量子理论,原子核

物理学作为一门新兴科学也诞生了。爱因斯坦与这些进展关系不大,他认为量子论可能只是统一场论的一个结果。

在20世纪80年代以前,物理史学家核科普作家几乎一致认为:1926年以后,爱因斯坦陷入了统一场论的数学之中,他无法抵御广义相对论的优美和观念的力量,他失去了创造性的物理直觉,爱因斯坦越来越孤独了。1955年爱因斯坦于普林斯顿去世,然而留给世人的问题是:1926年后,爱因斯坦真的落伍了吗?

要正确回答这个问题,必须回溯到爱因斯坦在1919年4月收到的那封来自戈尼斯堡大学的一封信,这封信使他感到震惊。写信者是一位默默无闻的数学家卡鲁查,他通过引入第五维统一广义相对论和电磁场力量。

从表面来看,电磁力和引力并没有共同之处。电磁力为我们的机器提供动力,晚上可以为我们照明。相比之下,引力在更大的尺度上起作用,它是一种驾驭行星运动、阻止恒星爆炸的力。但是卡鲁查在五维时空中写出爱因斯坦在四维时空中对引力建立的方程,将两个理论连接起来。这样,卡鲁查的五维理论将给出15个场方程,而爱因斯坦的引力理论是10个场方程,麦克斯韦电磁理论是4个场方程,剩余的一个方程是一个标量粒子。这在当时并未引起太多的注意,但在20世纪80年代后物理学家对它也发生了兴趣。

爱因斯坦被卡鲁查的信震惊了,在仔细思索达两年之后,他把它送往《普鲁士科学院学报》发表,并冠以一个醒目的题目:论物理学的统一问题。1926年,克莱因对这一理论做了几点改进,他找到了一条把卡鲁查的思想吸收进量子理论的途径。所以,这一理论被后人称为卡鲁查-克莱因理论。在这一理论中,空间是四维的,时空是五维的。而我们平常感觉的空间之所以表现为三维,则是由于四维中有一维是圆周的缘故。正是借助这个新的维度,卡鲁查-克莱因理论将引力与电磁力统一到了一起。


然而,这一理论在20世纪30年代似乎走到了尽头。一方面探测第五维需要到达普朗克尺度,这在当时是做不到的;另一方面,强力和弱力相继发现,物理学家们掀起了理解这些新物理现象的浪潮。这个浪潮淹没了卡鲁查-克莱因理论的研究,使

它在以后的60年中默默无闻。这也使得许多人认为爱因斯坦落伍了。

事实上,在杂乱无章的强相互作用物理没有纳入更基本的夸克框架之前,基本力的统一理论是发展不起来的。20世纪80年代,卡鲁查-克莱因理论从其灰烬中再生,我们看到了凤凰涅槃的景象。可以说,爱因斯坦不是落伍了,而是太超前了。

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