【導讀】諾貝爾物理學獎—百年回眸。獲獎年代獲獎?wù)咝彰麌@獎原因。荷蘭磁場對輻射現(xiàn)象的影響的研究。發(fā)現(xiàn)天然鈾元素的放射性放射。素釙與鐳并發(fā)現(xiàn)釷也有放射性。1905德陰極射線的研究。出電子的電荷與質(zhì)量的比值。創(chuàng)造精密的光學儀器和用以進。行光譜學度量學的研究，精確。發(fā)明應(yīng)用干涉現(xiàn)象的天然彩色。意發(fā)明無線電極及其對發(fā)展無線。1910荷蘭對氣體和液體狀態(tài)方程的研究。諾貝爾獎金物理學獎獲得者。1911德熱輻射定律的導出和研究。在低溫下研究物質(zhì)的性質(zhì)并制。發(fā)現(xiàn)倫琴射線通過晶體時的衍。射，既用于決定X射線的波長。英用倫琴射線分析晶體結(jié)構(gòu)。1917英發(fā)現(xiàn)標識元素的次級倫琴輻射。本量子，提出能量量子化的假。和原子光譜線在電場中的分裂。發(fā)現(xiàn)鎳鋼合金的反常性以及在。對現(xiàn)物理方面的貢獻，特別是。詹姆斯.弗蘭克美籍德國人發(fā)現(xiàn)電子撞擊原子時出現(xiàn)的規(guī)。使帶電粒子的軋跡變?yōu)榭梢?。研制回旋加速器以及利用它所?943美測定質(zhì)子磁矩。研制高壓裝置并創(chuàng)立了高壓物。究，在發(fā)現(xiàn)脈沖星方面起決定。美對磁性與不規(guī)則系統(tǒng)的電子結(jié)

　　

【正文】 時鐘來確定，也不能用光的傳播定律來確定?？傊?，我們得出這樣一個結(jié)論：引力場和度規(guī)只是同一個物理場的不同表現(xiàn)形式。 我們可以 這樣來考慮場的表述形式：在一個任意的引力場中，對于每個無窮小的點域可以規(guī)定一個沒有引力場的局部坐標系。在這種慣性系的意義上我們可以認為，對于無窮小的點域來說，狹義相對論的結(jié)果在一級近似上是成立的。在每個時間 空間點上有無限多個這種局部慣性系，它們之間由洛倫茲變換聯(lián)系起來。洛倫茲變換的性質(zhì)就是，它使無限接近的兩個點事件的 “ 間隔 ” ｄｓ保持不變。 按照廣義相對論，純引力場中的質(zhì)點運動定律要用短程線方程來表示。實際上短程線是數(shù)學上最簡單的曲線，在 gv為常數(shù)的特殊情況下是直線。因此，我們在這里面臨的問 題是把伽利略慣性定律轉(zhuǎn)換到廣義相對論。 場方程的建立 ,在數(shù)學上就是確定引力勢 gv所遵從為最簡單的廣義協(xié)變微分方程。根據(jù)定義，這些方程不應(yīng)包含 gv，對 xv的高于二階的導數(shù)，并且導數(shù)只是線性的。考慮到這個條件，這些 方程就是牛頓引力理論的泊松場方程向廣義相對論作邏輯轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 40 上述這些思想導致建立了把牛頓理論作為一級近似包含在內(nèi)的引力理論，它可以計算出同觀測結(jié)果相符合的水星軌道的進動、光線在太陽引力場中的偏轉(zhuǎn)和光譜線的紅移。 為了使廣義相對論的基礎(chǔ)趨于完善，還必場在這個理論中引進 電磁場。根據(jù)我們現(xiàn)在的觀念，它也應(yīng)當是用來構(gòu)成物質(zhì)的基本材料。麥克斯韋場方程可以毫無困難地用于廣義相對論中。如果假設(shè)這些方程不包含ｇ。的高于一階的導數(shù)，并且是以通常的麥克斯韋的形式用于局部慣性系，那么這種轉(zhuǎn)換完全是單值的，用麥克斯韋方程表述的電磁項來補充引力場方程也不困難。這樣，它們就包活進電磁場的引力作用。 這些場方程不是一種物質(zhì)理論，因此，為了在理論中引進作為場源的有重物質(zhì)的作用，必須留法同在經(jīng)典物理學中那樣）在場論中引進物質(zhì)際為近似的現(xiàn)象學表示。 相對性原理的直接結(jié)果不限于這些。 現(xiàn)在我講一下有關(guān)理論發(fā)展的一些問題。牛頓曾意識到，慣性定律有一個方面是不令人滿意的。這就是相對于其他所有的運動狀態(tài)來說，物理學為什么要把慣性系的運動狀態(tài)放在特殊位置的真正原因沒有表達出來。這就把可觀察到的物體看成是質(zhì)點引力作用的原因，但對質(zhì)點的慣性卻沒有說明物質(zhì)原因而只有設(shè)想的原因（絕對空間或慣性以太）。雖然這在邏輯上并非不允許，然而它不能令人滿意。由于這個理由 ,馬赫曾要求對慣性定律進行這樣的修改： 慣性應(yīng)該理解為物體之間的加速運動的阻力，而與 “ 空間 ” 無關(guān)。這種解釋的結(jié)果是：一個被加速的物體應(yīng)當能 夠給予別的物體以同樣的加 41 速作用（感應(yīng)加速作用）。根據(jù)廣義相對論，這種解釋似乎很有道理，因為它消除了慣性作用和引力作用之間的差別。這種解釋的要求是：ｇ。，場應(yīng)當完全由物質(zhì)來決定，擺脫了由于坐標的自由選擇而帶來的任意性。在廣義相對論中，馬赫的要求之所以受到重視，還因為根據(jù)引力場方程，感應(yīng)加速作用確實是存在的，盡管它是很弱的作用，以致于用力學實驗不可能直接發(fā)現(xiàn)它。 如果把宇宙看作是有限的和封閉的。那么馬赫的要求在廣義相對論中是可以滿足的。這個假設(shè)還有可能導致這樣一個假設(shè)：在有限的宇宙中，物質(zhì)的平均密度是 有限的，而在無限的空間中（準歐幾里得的）。它應(yīng)變?yōu)榱?。然而不能不指出，為了滿足馬赫的假設(shè)，必須對場方程引進一個無任何實驗依據(jù)的項，而方程的這一項在邏輯上又不由方程的其他項所決定。因此，這種 “ 宇宙論的問題 ” 的解決方法尚不能認為是完全令人滿意的。 第二個問題，也是當前引起興趣的課題，是引力場和電磁場的統(tǒng)一性問題。存在著兩個性質(zhì)完全互不相關(guān)的場，這種情況不符合統(tǒng)一理論的思想?，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了一到嘗試，即在數(shù)學上建立一個統(tǒng)一場論。在這個理論中，引力場和電磁場只能被看作是同一個場的兩個不同分量或兩種不同的表現(xiàn) 形式。場方程不應(yīng)再是由邏輯上互不相關(guān)的項所組成。 引力理論，在數(shù)學形式上即黎曼幾何學，它的一般形式應(yīng)當包括電磁場定律?？上У氖?，在這方面我們還不能像建立引力理論那樣有實驗事實的基礎(chǔ)（慣性質(zhì)量同引力質(zhì)量相等），我們只能提出尚不能擺脫任意性 42 的數(shù)學簡化判據(jù)。以列維 西維塔、韋爾和愛丁頓的思想為基礎(chǔ)，用更普遍的仿射聯(lián)絡(luò)理論來代替黎曼度規(guī)幾何，這是目前最成功的工作。 黎曼幾何的獨特假設(shè)是：兩個無限接近的點可以用ｄｓ “ 間隔 ” 表示，它的平方是坐標微分的二次齊次函數(shù)。由此可以得出結(jié)論說，（出某些現(xiàn)實性條 件外）歐幾里德幾何在任意無窮小區(qū)域都成立。因此，在某一點Ｐ上的每一個線元（或矢量），可用一任意給定的無限接近的兩點Ｐ ’的與之平行且相等的線元（或矢量）來表示（仿射聯(lián)絡(luò)）。黎曼度規(guī)確定了仿射聯(lián)絡(luò)。反之，如果數(shù)學上給定了仿射聯(lián)絡(luò)（無限小的兩個平行變換定律，那么在一般情況下不需要能導出仿射聯(lián)絡(luò)的黎曼度規(guī)定義。 黎曼幾何的最主要的概念是 “ 空間彎曲 ” ，引力方程是以它為基礎(chǔ)的。如果在一個連續(xù)系統(tǒng)中給定仿射聯(lián)絡(luò)。而不是一開始就建立在度規(guī)的基礎(chǔ)上，那么就得到了黎曼幾何的推廣，但它仍保留著已導出的最重要的參量。在得出仿射 聯(lián)絡(luò)所遵從的最簡單的微分方程的時候，我們完全有希望把引力方程推廣到把電磁場規(guī)律也包括進來。這種希望確實是有可能實現(xiàn)的、盡管我們還沒有任何新的物理關(guān)系式來說明這樣得到的關(guān)系式是否真的能看作是對物理學的一個充實。在我看來，特別是場論，當它允許把帶電基本粒子表述成不含奇點的解的時候，它才能認為是令人滿意的。 最后請不要忘記，關(guān)于電的基本結(jié)構(gòu)的理論不應(yīng)當同量子論問題割裂開來。對于這個最深刻的現(xiàn)代物理學問題，相對論暫時還顯得無能為力。不管怎樣，即使將來有一天由于量子論問題得到解決，使一般方程的形式有了進一步的 深刻變化，哪怕是完全改變了我們用來描述基本過程的量，相對性原理也不會被放棄，用它推導出的定律也將作為極限定律而保留著 43 它的重要意義。 注：演說中引用的公式均已刪去。 波爾 1922 Niels Bohr 原子能量化軌道理論 44 一九四三年十月的一個夜晚，在瑞典斯德哥爾摩附近靜悄悄的荒廢機場上，停著一架蚊式雙引擎飛機，機身沒有一絲標記。為了逃避雷達的偵察，幾乎全部用膠合板制成，機身漆得烏黑。不一會兒，一個戴著眼鏡，年近六旬的人走近飛機腹部，秘密地藏進了改裝過后的炸彈艙中。發(fā)動機立刻啟動，飛機滑上跑道，扶搖直上，尾部拖著長長的絳色火焰，靠飛行高度這一 “護身符 ”在夜空中向一個神秘的目標飛去。 這藏進炸彈艙的人是誰？他就是丹麥物理學家、現(xiàn)代物理學理論的創(chuàng)始人之一、諾貝爾物理學獎金獲得者尼爾斯 亨利 戴維 波爾。飛機很快上升到必須吸 用氧氣的高度，但氧氣沒有與波爾的面具接通。他在黑暗中幾乎不能動彈，感到胸悶窒息。馬達的轟鳴在他耳畔漸漸消失了，他失去了知覺。波爾為什么會遭此厄運呢 ?事情還要從頭說起。 一八八五年十月七日，波爾出生在丹麥哥本哈根一個富裕的知識分子家庭。在三個孩子中，他排行第二。他的父親是哥本哈根大學一位很有才華的生理學教授。母親出身于一個頗有聲望的猶太家族。父母為使孩子們的天賦得到充分的發(fā)揮，創(chuàng)造了很好的條件。除受正規(guī)學校教育外，家庭的熏陶和鼓勵，使他們的視野不斷擴大。弟弟哈拉爾德 波爾似乎比尼爾斯 波爾天資更高，后 來他成了有名的數(shù)學家。 45 當尼爾斯 波爾還在哥本哈根大學求學時，就嶄露頭角，顯示出非凡的才華。他通過觀察一個有規(guī)律的振動射流，大膽進行著測定水的表面張力的試驗。他做試驗極為細心，理論推導準確嚴密，取得了顯著的成績，因此，榮獲了丹麥科學院頒發(fā)的金質(zhì)獎?wù)隆? 一九一一年．波爾畢業(yè)于哥本哈根大學。這一年他發(fā)表了《金屬電子論探討》的博士論文，文中揭示出金屬電子論在當時所遇到的困難，彌補了過去電動力學經(jīng)典原理的缺陷。這時，他作為一位勇于創(chuàng)新、有深刻理解能力的研究工作者，在科學界已初露鋒芒。 畢業(yè)后 ，波爾認為英國劍橋大學是當代物理學中心，聚集著很多有才華的科學家，在那里是可以大有作為的。為了繼續(xù)深造，他滿懷信心，到了劍橋大學。他希望能在物理學家湯姆生的指導下，到卡文迪許實驗室繼續(xù)從事電子理論的研究。但事情并沒有象他想象的那樣順利。一到劍橋大學，他不但沒有得到指導，反面受到了冷遇。湯姆生對他提出的問題毫無興趣，對他花費很多心血寫成的論文根本不予理睬。劍橋哲學會也以論文橫幅太長和和花費太多為由拒絕付印。他所做出的其他努力，都同樣徒勞無益。但波爾沒有因此垂頭喪氣，他堅持自己的見解，一旦認準他是真確的，就百折 不饒。后來，經(jīng)過自己奮發(fā)努力地鉆研，終于使電子理論研究取得了新的成就。 后來，波爾離開劍橋大學到了曼砌斯特，進入物理學家盧瑟福的實驗室。他楔而不舍，才能超群，很受盧瑟福的贊賞。兩人在交往中建立了親密無間的友誼，開創(chuàng)了科學上原于理論的新時代。在盧瑟福的支持和幫助下，他從一九一二年起致力于原子理論的研究，在盧瑟福提出的原子行星模型的基礎(chǔ)上，當年就取得了重要成果，推導出一個新論點 ——同位素。當時， 46 盧瑟福以原子理論的權(quán)威自居，不但對他的新論點沒有認識，反面勸說他不要冒險。面對勸告，波爾沒有止步。他夜以繼日地 工作，大膽地在前人還沒認識的科學領(lǐng)域里探索。他有選擇地研究了大量材料，并結(jié)合自己研究的成果，對新論點給予精確的推論和闡述。很快，同位素論點被實踐所證實，盧瑟福也為此高興地連連點頭。一九一二年七月，波爾離開曼徹斯特。這時，他對進一步探索前景廣闊的原子世界充滿信心。同年八月一日，他與一位嫵媚多情的年輕姑娘舉行了婚禮。溫暖和諧的家庭使他精神更加振奮。一九一三年，他的原于研究又取得了重大成果，在將作用量子引入原于結(jié)構(gòu)的過程中，達到了一個決定性的階段，并對整個理論在新的基礎(chǔ)上進行了改造。接著，他發(fā)表了闡明原子結(jié)構(gòu)的著 名論文，這被人們尊稱為 “波爾理論 ”。稍后，他又提出了 “對應(yīng)原理 ”和 “并協(xié)原理 ”，對現(xiàn)代物理學特別是量子論和量子力學的建立，起了非常重要的作用。 “波爾理論 ”提出后，許多后起之秀在研究 “波爾理論 ”過程中都做出了出色成績，進一步推動了這一理論的發(fā)展。這使波爾深深感到：科學研究必須依靠眾人的智慧和力量。在爾后的工作中，他謙虛誠實，取人之長，補己之短。因此，越來越多的人慕名而來，與他合作。大家各抒己見，暢所敬言，成了他忠實的朋友和得力的助手。 一九一六年，波爾回到了自己的祖國。在朋友們的積極協(xié)助下， 哥本哈根大學建立了理論物理研究所，他在此繼續(xù)向科學不停頓地進軍。一九二二年，他領(lǐng)導的研究所發(fā)現(xiàn)了元素周期表上的七十二號元素 ——鉿。同年，波爾獲得諾貝爾物理學獎金。他在授獎之后發(fā)表演講，宣布了結(jié)論性的成果。兩年后，他又同另外兩名科學家一起，發(fā)表了《量子輻射論》的論文，這對科學認識的進程產(chǎn)生了深遠影響。 47 一九二七年，德國物理學家海森伯格發(fā)現(xiàn)了有名的測不準關(guān)系。但是，不準關(guān)系所表示的限制經(jīng)典概念有效性的特殊形式，要求做出比海森伯格更加徹底的分析。這引起了波爾極大的興趣。他全力以赴，花費了極大的精力，終于證 實了測不準關(guān)系的確實性。接著他又花了十年時間，精心研究了測不準關(guān)系的全部含義，提出了這種關(guān)系的互補性．這種新型的邏輯關(guān)系，解決了把作用量子納入物理學概念框架的問題。波爾的這一發(fā)現(xiàn)，打開了科學領(lǐng)域又一新的局面，使當時很多科學家望塵莫及。波爾連續(xù)進擊，又耗費了倆年時光，解決了把量子力學的數(shù)學方法推廣到電動力學中去遇到的難題。他在科學研究中的連續(xù)突破，使科學界大為震驚。 科學發(fā)展到三十年代中期，核物理學成了熱門。世界各地的科學家?guī)缀醵嫁D(zhuǎn)向了這個領(lǐng)域，致使核理學飛速發(fā)展。但是波爾的研究仍處于世界領(lǐng)先的地 位。一九三六年，他提出了核反應(yīng) “液滴模型 ”。一九三八年到一九三九年間，波爾赴美國同愛因斯坦合作，在途中和抵美后不長的一段時間里，又完成了解釋原子核裂變現(xiàn)象和裂變裂片具有放射性的實驗。他寫出了概論性的論文，對整個過程的理論進行了推導和說明。不久，他又揭示了鈾的復(fù)雜現(xiàn)象，指出：只有質(zhì)量數(shù)為二三五的這種稀有同位素才能由慢中子引起裂變；而質(zhì)量數(shù)為二三八的半度同位素則不能。這種差別僅僅是由于兩種同位素含朗中子數(shù)不同。這個發(fā)現(xiàn)，直接提出了能釋放出巨大核能的鏈式反應(yīng)的可能性。答案很快就被找到了。不幸的是，它在當時并沒有用來造福于人類，處在帝國主義企圖重新瓜分世界的時刻，波爾同他的重大成果也成了帝國主義激烈爭奪的對象，帶來的結(jié)局是史無前例的暴力殺戮。 一九三九年九月三日，第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，整個世界都卷入了戰(zhàn)爭的游渦。一九四零年四月，德國占領(lǐng)了丹麥，波爾落入德國人的手中。他們 48 急于想利用他盡快研制出原子武器，以達到征服全球的目的。希特勒法西斯一面讓他繼續(xù)從事研究，一面乘機 “親近 ”他，從中索取秘密。對此，英、美萬分焦急，深恐德國檢先制造出原子彈。他們得知世界上最著名的原子科學家已落人德國人之手，德國在挪威的重水工廠每年 將生產(chǎn)一千五百公斤重水，這足以進行原子彈試驗。這一消息促使他們加快了奪取波爾的行動步驟。又由于彼爾一貫主張把他的研究成果公諸于眾，就在德國占領(lǐng)丹麥之后，他仍不改初衷，繼續(xù)向德國人講授原子的威力，這使英、美更加坐立不安。美國總統(tǒng)羅斯福急忙向諜報人員詢問： “有沒有可能把被爾從德國人手中奪過來，