意识到我们应该如何做相当容易,但开始做则要困难得多。在我们评述过去一两年里一些克服这些问题的尝试之前,先简单地考察由德布洛意所开创的不那么激烈的前进方法,暂时我们还是愿意把这个当作秘密来接受。我们可以说,光是一个具有把最大的物镜充满的波动性质,以及具有人所共知的衍射和干涉性质的实体,同时它又是一个具有把它的全部能量消耗在一个非常细小的目标之上的粒子或弹丸性质的一个实体。我们很难把这种实体描述为一个波或者一个粒子,或者采取折中的方法,最好把它叫作“波粒子”。
在太阳底下没有什么新东西,所以最近的这次转折几乎把我们带回到牛顿光学理论——一种粒子说与波动说的奇特的混合体。在“回归牛顿”的过程中或许会有快意的感情,但是,假定牛顿的科学声望特别受到德布洛意光学理论的拥护是无稽之谈,如同假定他被爱因斯坦的重力理论所损害一样。对牛顿而言,没有什么现象不能完全被波动理论覆盖。把一部分粒子理论的虚假证据剔除,曾经影响过牛顿,提出(可能的)真实证据如今影响着我们,它们同样是科学进步的一部分。想象一下牛顿巨大的科学声望在这些近代的变革中跌宕起伏,是把科学与全知混为一谈了。
再回到波粒子来。——如果我们曾经一般看作一个波的事物也带有几分粒子的性质,那么我们曾经一般看作一个粒子的事物是否也带有几分波的性质?并不是到18世纪才由实验尝试得到一种适于显示光的粒子性质的方法,或者也依然有可能通过实验得到显示电子波动性质的方法。
因此,作为第一步,我们不是尝试着去弄清这个秘密,而是试着把它扩大。不是去解释任何事物如何能够同时具备不可调和的波动性质和粒子性质,而是寻求通过实验显示这些性质是普遍相关的,没有纯粹的波,也没有纯粹的粒子。
波动理论的特征是一束光线通过窄缝后的传播——即著名的衍射现象,衍射现象的规模与光的波长成正比。德布洛意曾给我们演示过如何计算与一个电子相关的波的波长(如果有的话),即不再把它当作一个纯粹的粒子而是要作为一个波粒子来考察,结果表明在某些情形下,相应衍射效果的规模对实验探测而言并不算很小。如今有大量的实验结果被引用来验证这一预测,我很难知道,这些结果是否依然被认为是结论性的,但是确实看起来存在一个严肃的证据,即在通过原子散射电子的过程中,出现了不能由通常把电子视为纯粹粒子的理论所能产生的现象。这些与光的衍射及干涉类似的效果带领我们来到波动理论的王国,很早以前,这类现象排除了所有有关光的纯粹粒子的理论,或许现今我们还能发现相似的现象,但排除了所有有关物质的纯粹粒子理论。[1]
同样的观点在爱因斯坦和波色所发展的“新统计力学”中也碰到了——至少那看上去可作为他们理论的、非常抽象的数学形式的物理解释。如经常所碰到的来自经典力学的变化,虽然在原理上范围广大,但在适用于通常的实际问题时,它不过给出无关紧要的修正,只能预期在比任何已经发现或者想象的东西要致密得多的物质存在重大差异。说来奇怪,正当认识到极为致密的物质可能具有与传统观念所预期的物质相异的性质时,在宇宙中就发现了非常致密的物质。天文学上的证据好像在实际上没留下任何怀疑,即在被称为白矮星上的物质的密度,远远大于我们在地球上所体验的任何物质。例如,在天狼星的伴星里面的密度差不多为一吨每立方英寸,这种状态可由以下事实给予说明:高温和相应的对材料的剧烈的搅动打破了原子外部的电子系统(离子化),因此这些碎片能够更加致密地堆积起来。在通常的温度下,极小的原子核被电子哨兵的前哨保卫着,甚至在最高压力之下电子哨兵也会排斥其他原子以免紧密接近。但在星系温度下,搅动太过激烈,电子们都离开了它们的位置而到处乱跑,因此在足够高的压力下把它们压缩的极其致密就成为可能。富勒已经发现,在白矮星里面,密度如此巨大以致经典方法不再适用而必须采用新的统计力学,特别地,在这方面他消除了有关白矮星最终命运感受到的焦虑。在经典法则之下,白矮星似乎被加热到不能忍受的状况——星球不能停止热量损失,但是它却没有足够的能量来冷却![2]
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