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量子力學(xué)與無(wú)限可分論 中國(guó)有句古語(yǔ)：“至大無(wú)外，至小無(wú)內(nèi)”，算是對(duì)世界物質(zhì)結(jié)構(gòu)的一種猜測(cè)。如果說(shuō)相對(duì)論和現(xiàn)代宇宙學(xué)是對(duì)前者否證，則量子力學(xué)是對(duì)后者的否證。1964年，偉大領(lǐng)袖在一次談話中指出：“不但原子可以分，原子核可以分，基本粒子也可以分”。我們的教科書(shū)把這個(gè)談話總結(jié)為“無(wú)限可分”論，當(dāng)作辯證唯物主義的光輝典范，說(shuō)是偉大的預(yù)見(jiàn)，是偉大領(lǐng)袖以唯物辯證法為科學(xué)研究指明的正確的方向，而科學(xué)的發(fā)現(xiàn)又進(jìn)一步證明了唯物辯證法的無(wú)限可分論。 暫且不說(shuō)觀點(diǎn)對(duì)錯(cuò)，無(wú)限可分論在二十世紀(jì)提出決不是一個(gè)新穎的預(yù)見(jiàn)，因?yàn)檫@不僅是未經(jīng)過(guò)科學(xué)訓(xùn)練的蕓蕓眾生的素樸觀念，而且在二千多年前東西方都有思想家提出了這個(gè)命題。中國(guó)，春秋時(shí)代的莊子就有“一尺之棰，日取其半，萬(wàn)世不竭”的論述。古希臘，芝諾的“阿喀硫斯永遠(yuǎn)追不上烏龜”，和“飛矢不動(dòng)”的悖論也是同樣原理。比如“飛矢不動(dòng)”的論證：飛矢（箭）要從A射到B，首先要到達(dá)AB的中點(diǎn)C，而要到達(dá)中點(diǎn)C，首先要到達(dá)AC的中點(diǎn)D，而要到達(dá)中點(diǎn)D，又要……如此等等，以致無(wú)窮；而飛矢要在有限的時(shí)間內(nèi)飛越無(wú)限個(gè)路段是不可能的。所以結(jié)論是飛矢連離開(kāi)弓都不可能。 如果再進(jìn)一步，論論觀點(diǎn)的是非，就有點(diǎn)丟人啦！因?yàn)樵诹孔恿W(xué)已經(jīng)達(dá)到鼎盛期的二十世紀(jì)六十年代，還提出這種建立在被量子力學(xué)摧毀了的連續(xù)性觀念上的所謂哲學(xué)觀點(diǎn)確實(shí)是有點(diǎn)貽笑大方啦。 連續(xù)性是人皆有之的觀念——不需要多么偉大（當(dāng)然也不必自覺(jué)卑微）。一尺長(zhǎng)的木棒，一定包含有從0到1尺區(qū)間內(nèi)的所有尺寸，飛箭到達(dá)終點(diǎn)B一定要經(jīng)過(guò)從起點(diǎn)A到終點(diǎn)B之間的任何一點(diǎn)。如果有人說(shuō)想找5寸這個(gè)位置鋸斷木棒“取其半”時(shí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)根本就沒(méi)有這個(gè)位置，木棒從4寸直接就到了6寸；如果說(shuō)想在飛矢路徑的中段C觀察它到達(dá)的時(shí)間，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它根本就沒(méi)經(jīng)過(guò)就直接到達(dá)了B；任何人都會(huì)說(shuō)：不可能，荒唐！ 量子力學(xué)正是建立在這種非連續(xù)性的“荒唐”觀念的基礎(chǔ)之上的，這種觀念與人的習(xí)慣思維的沖突是如此的劇烈，以致于量子力學(xué)的先驅(qū)們?cè)谔岢龈锩缘挠^點(diǎn)之后大多都不忍心堅(jiān)持，1906年，在量子革命白熱化階段，深陷其中的偉大科學(xué)家玻爾茲曼自殺，更增添了上世紀(jì)初那場(chǎng)科學(xué)危機(jī)和革命的悲劇色彩。然而隨著這場(chǎng)革命的不斷深入，所有的“荒唐”都被確證。在此僅舉革命初期的二例： 其一、1900年——普朗克——黑體輻射 19世紀(jì)末，科學(xué)界進(jìn)行黑體輻射實(shí)驗(yàn)——一種研究溫度與輻射關(guān)系的實(shí)驗(yàn)，得到了不少經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。接下來(lái)的任務(wù)就是為這些數(shù)據(jù)找個(gè)安身立命之地——一種以數(shù)學(xué)形式表現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃屠碚撘?guī)律?？茖W(xué)家們對(duì)此早已是駕輕就熟，得心應(yīng)手——從牛頓體系到麥克斯韋方程組，這些根據(jù)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)而構(gòu)想出來(lái)的理論規(guī)律都不僅完美地解釋了已知的經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象，而且具有驚人的預(yù)見(jiàn)能力。開(kāi)始大家都沒(méi)當(dāng)回事，規(guī)律的發(fā)現(xiàn)只是個(gè)時(shí)間問(wèn)題，頗有點(diǎn)得之不喜的淡定?？墒鞘虑閰s遠(yuǎn)不如大家感覺(jué)的那么順利。先是有個(gè)維恩定律，初次實(shí)驗(yàn)與理論還相當(dāng)符合。可是維恩的慶功酒還沒(méi)喝完，新的實(shí)驗(yàn)報(bào)告就告知在長(zhǎng)波領(lǐng)域是天差地別。為糾正維恩的誤差，又出了瑞利—金斯定律，倒是把長(zhǎng)波方面的問(wèn)題解決了；但同時(shí)卻惹下了彌天大禍——在短波方面與實(shí)驗(yàn)不符還就罷了，而且按他們的公式，輻射的頻率短到紫外線的范圍，能量就會(huì)趨于無(wú)限，這就謬之千里啦！這被人們稱為“紫外災(zāi)難”，成為炸毀經(jīng)典大廈的兩枚重磅炸彈之一。1900年，已經(jīng)研究黑體輻射6年的普朗克把一個(gè)普適公式送到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)比對(duì)獲得成功，但此時(shí)普朗克并不明白這個(gè)公式的物理意義。經(jīng)二個(gè)月的長(zhǎng)考，結(jié)論終于產(chǎn)生，但帶給普朗克的不是喜悅而是恐懼——原來(lái)能量的增減不是連續(xù)的，而是一份一份的，它不可能無(wú)限細(xì)分，一定會(huì)止于一個(gè)基本單位——量子——e=hv（e——量子，h——普朗克常數(shù)，v——頻率）。換句話說(shuō)，對(duì)能量之“棰”“日取其半”的話，總有一天會(huì)“竭”于量子。 其二、1905年——愛(ài)因斯坦——光電效應(yīng) 這一年26歲的愛(ài)因斯坦已經(jīng)考上了國(guó)家公務(wù)員，但他似乎并不很珍惜這份工作。這不，此刻他坐在伯爾尼專利局的辦公桌前，想的卻是一個(gè)當(dāng)時(shí)科學(xué)界的不解之迷。這些年來(lái)實(shí)驗(yàn)室里每每傳出“光電效應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，即光子打在金屬表面有時(shí)可以激發(fā)出一些電子。不解的是，能不能打出電子，似乎與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。有時(shí)很強(qiáng)的光也打不出電子，有時(shí)很弱的光倒能打出來(lái)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，能打出電子的光，都是些頻率較高的光如紫光，而打不出電子的是頻率較低的光如紅光。怎么會(huì)這樣呢？科學(xué)家們百思不解。愛(ài)因斯坦最終用普朗克的量子假說(shuō)解開(kāi)了這個(gè)迷。其實(shí)說(shuō)開(kāi)了很簡(jiǎn)單——能否打出電子，取決于單個(gè)光量子（e）的能量，根據(jù)普朗克的公式e=hv，h（普朗克常數(shù)）是給定不變的，e（光量子）的大小就只能取決于v（頻率）的高低；紫光的頻率比紅光的頻率大得多，它單個(gè)光量子的能量自然比單個(gè)紅光量子的能量大得多。這就是為什么紫光無(wú)論多弱，只要有一個(gè)光量子就能“斷其一指”而打出電子來(lái)，紅光不管多強(qiáng)都只能“傷其十指”而打不出電子來(lái)?；谴藭r(shí)普朗克還象做了錯(cuò)事的孩子一樣到處為量子假說(shuō)做檢討，說(shuō)這個(gè)假說(shuō)實(shí)出于無(wú)奈，大家可別當(dāng)真啦。這邊愛(ài)因斯坦卻通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的解釋而成功地確證了這個(gè)假說(shuō)。 以后波爾用量子假設(shè)論證了電子軌道的“躍遷”，解決了原子坍塌問(wèn)題，同樣也是對(duì)連續(xù)性觀念的致命打擊。 其實(shí)關(guān)于無(wú)限可分的1964年談話，我們不必苛求偉大領(lǐng)袖。物理世界進(jìn)入微觀領(lǐng)域的奇異和詭譎，絕對(duì)是對(duì)人類心理承受能力的極限挑戰(zhàn)，所以量子物理領(lǐng)域沒(méi)有牛頓和愛(ài)因斯坦之類的統(tǒng)帥人物，只有前赴后繼的二三十歲的年青科學(xué)家。 值得反思的是，我們的哲學(xué)何以狂妄到這種程度——讓一個(gè)年過(guò)古稀的毫無(wú)物理專業(yè)知識(shí)的政治家在物理學(xué)最尖端的領(lǐng)域里頒布“指導(dǎo)方針”！這是一個(gè)體制的悲劇，舉國(guó)上下只能有一個(gè)頭腦，所以最高領(lǐng)袖必須是博古通今，十全武功，明察秋毫，洞悉一切。全國(guó)人民只能的他的正確路線指引下奮勇前進(jìn)?！盁o(wú)限可分”論寫(xiě)進(jìn)了哲學(xué)教科書(shū)，給人們唯領(lǐng)袖是瞻的心理暗示，詮釋了二年后一場(chǎng)荒唐的運(yùn)動(dòng)居然能轟轟烈烈展開(kāi)的心理基礎(chǔ)。直到八十年代，我們聽(tīng)哲學(xué)課時(shí)這個(gè)理論仍被奉為圭臬，不知如今是否別來(lái)無(wú)恙？ |
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