爱因斯坦和量子力学的隐参数问题

爱因斯坦是科学史上罕见的有多方面极重要成就的伟大科学家,他先后在现代物理学中四个极重要领域(狭义相对论、广义相对论、量子力学、统计力学)做出基本性贡献。一些人称道爱因斯坦是现代物理学     

爱因斯坦与二十世纪后半叶的物理学

在本世纪的前半叶,人类对物理学的世界图像的认识有三个大的革命性变革,那就是狭义相对论,广义相对论以及量子力学。前面两个是爱因斯坦倡议的,当然他对量子力学也是有贡献的。今天不是谈这些(那是大家熟悉的),我要讲的是,爱因斯坦对如何理解理论物理所做出的贡献。这对今天的物理学的发展有很大的影响。我要讲的内容如下: 所谓“对称性规定相互作用”的原理     

相对论介入爱因斯坦反感的领域

在物理学中 ,量子力学与爱因斯坦的相对论通常是不相容的。然而 ,在最近的一篇论文中它们被出乎意料地结合到了一起——     

狄拉克对当代科学的重大贡献

狄拉克的青年时代正好是原子物理实验积累了大量材料,量子理论处于急剧变革的时期。由于深受以爱因斯坦为代表的二十世纪物理学中理性主义思潮的影响,由于个人的勤奋和思想方法的正确,狄拉克在量子力学的理论基础,特别是普遍变换理论的建立方面,在相对论性电子理论的创立方面以及在量子电动力学和量子场论的建立方面作出了重大的贡献,有力地推动了量子物理学的发展。由于这些贡献,狄拉克享有崇高的声誉。继1933年获得诺贝尔奖金之后,他又于1939年获得英国皇家学会最高奖章,1952年获皇家学会Coply奖章,1968年获Oppenheimer奖章,得到了一系列极高的荣誉。     

量子物理对二十世纪自然科学的贡献——纪念尼耳斯·玻尔诞生100周年

一、近代物理的象征在尼耳斯·玻尔诞生100周年的今天,我们已目睹了量子物理学的辉煌成就和它所带来的巨大实际后果,和相对论不同,量子力学即使只算到它的基本建立,也要写上一长串光辉的名字:普朗克、爱因斯坦、玻尔、海森堡、德布罗意、薛定谔、玻恩、狄拉克、泡利、费米和费曼等等,但是玻尔有他特殊的作用,这     

谁成就了爱因斯坦

今年是爱因斯坦逝世50周年,也是狭义相对论发表100周年.爱因斯坦在科学上的贡献是世人皆知的.相对论的发表标志着科学发展的一个新纪元.但是科学的发展是众多科学家探索的结果,同样,爱因斯坦的成就也是建立在前人研究成果之上的.那么,谁对爱因斯坦有过重大影响呢?伽利略的相对性原理,马赫的一切运动都是相对的理论,对爱因斯坦建立相对论都起到过很大的作用.还有两个人的贡献也是不可磨灭的.一个是洛仑兹,一个是迈克尔逊.但是这两个人不仅没有创立相对论,而且直到去世也不认可相对论.     

与爱因斯坦宇宙学常数相关的狭义相对论:评介德西特不变和反德西特不变狭义相对论

通常的狭义相对论是在庞加莱变换下不变的,它的基本度规为闵科夫斯基时空度规,该度规满足没有宇宙学常数L的真空爱因斯坦方程.本文指出:L10时的狭义相对论是德西特/反德西特不变狭义相对论.求解L10的真空爱因斯坦方程,得到这种拓展的狭义相对论的基本度规是陆启铿-邹振隆-郭汉英1974年提出的Beltrami度规;用欧拉-拉格朗日方程证明Beltrami时空的自由粒子运动是惯性运动.本文求出了德西特/反德西特不变狭义相对论的全部凯林(Killing)矢量,证明了Beltrami时空是最大对称性空间,导出来全部守恒量.构造了理论的正则形式,发现了正、负正则能量的色散关系的不对称性;实现了正则量子化,导出了相对论性波方程,从而建立了德西特/反德西特不变的相对论量子力学.简要介绍了通过天文观测原子(或离子)能级劈裂来探测精细结构常数a改变的实验.实验结果在4~5σ置信度内否定了庞加莱不变狭义相对论的预言,发现在z≈{1~3}处ɑ_z≠ɑ_0.由于原子或离子能级的精细结构是相对论量子力学的结果,所以观测实验支持在红移z≥1的狭义相对论量子力学中的L修正不可忽略.这是对德西特/反德西特不变狭义相对论的实验支持,是超出现有物理学标准模型的新物理.     

两位科学巨人的争论

在人类探索物质结构过程中，发生过不同学派之间的争论，这是不足为怪的。然而，爱因斯坦与尼耳斯·玻尔有关量子力学问题的争论，却是物理学史上罕见的事件。作为物理学巨匠，他们都是好朋友，披此之间保持着终生不喻的友情。然而，他们之间的争论从1924年起，旷日持久到爱因斯坦去世的1955年。究其个中原因是多方面的，需要人们去研究，从中获得有益的启示。爱因斯坦与玻尔的论战，有人分为三个阶段。其第一阶段为1924－1927年间。此时完整的量子力学逐步建立，量子力学的特征逐渐明显；但爱因斯坦对量子理论的基本统计性质不能容忍。1924…     

爱因斯坦奇迹年与2005世界物理年

1905年,爱因斯坦创建了狭义相对论,改变了时间和空间的观念;也是在1905年,爱因斯坦提出了光量子假说,进一步发展了普朗克于1900年提出的能量量子化思想;这一年,他还发表了另外几篇重要的学术论文,因而,1905年成为“爱因斯坦奇迹年”。国际纯粹与应用物理联合会,从2003年即开始筹划在“奇迹年百年”的2005年,举办全球性的“世界物理年”庆祝活动,以提高公众对物理学的了解程度。相对论和量子论从根本上改变了人类的宇宙观,也为20世纪物理学的发展奠定了基础。回顾上个世纪,物理学在半导体、集成电路、激光、磁性、超导等方面的发现是信息革命…     

爱因期坦对统计物理学的贡献

大家都知道爱因斯坦创立了相对论,这是二十世纪物理学的两个伟大学说之一。但是,除了物理学工作者外,较少人知道爱因斯坦同时也是二十世纪物理学中第二个伟大学说量子论的重要创始人之一,而量子论与统计物理学有很密切的关系。实际上,爱因斯     

广义相对论和引力理论的变革--相对论百年札记之二

发端于百年前的爱因斯坦相对论体系。包括狭义相对论、广义相对论和宇宙论，引起有关空间和时间、物质和运动、引力和宇宙等领域一系列重大进展。当前这个体系却面临着变革。有关暗宇宙观测数据的分析，是以爱因斯坦场方程和宇宙学原理为基础的。然而，结果却向以相对论和量子理论为基础的现代物理学提出重大疑难。这是物理学面临的空前挑战。     

时间为何不同于其他维度?

似乎所有人都知道时间的特殊性,但物理学——迄今最精密、最成功的科学怎么处理它?梳理2000多年来物理学的基本运动理论的发展,一个初步的脉络呈现在我们面前.亚里士多德认为时间维度与空间维度是互不影响的,空间维度可能更为重要——天上和地面的运动规律是不一样的.牛顿引入绝对时间与绝对空间的概念,在经典力学中时间维度是与空间维度地位平等的.牛顿提出三大运动定律以后,物理学的基本运动理论一分为三:爱因斯坦的(狭义)相对论力学、量子力学和演化力学.三个力学理论分别引入一个普适物理常数:真空中光速c、普朗克常数h和玻尔兹曼常数k,各自界定了对物理世界认识的一个极限:光速不变性、不确定性和不可逆性.对时间的认识也一分为三:量子力学基本沿用经典力学的时间概念;基于相对论,力学时间与空间统一了,可以在一定程度相互转换,但基本的时序是相对性不变的,时间与空间有所不同;基于热力学第二定律和耗散-涨落定理所代表的不可逆性,演化力学给予了时间一个特别地位.这些显然还不是最后答案.三种普适力学若是统一,以后时间的作用怎样?     

量子非局域、量子纠缠及其可能揭示的新物理

爱因斯坦等人提出的EPR佯谬和Bell隐变量理论揭示了量子力学两个相互关联的重要特性:非局域性和量子纠缠.它们使得微观量子系统之间可以建立非局域的超越经典的关联.非局域性和量子纠缠是量子力学最本质的特征.这些性质的发现不仅为解决量子力学的基本问题提供了可能,同时也揭示了量子力学不同于其他力学的根本所在,为研究量子力学与经典力学、相对论之间的关系与融合提供了新的洞察.量子非局域性和量子纠缠还提供了研究多体物理(新的拓扑相)的新工具.     

具有启发性的广义相对论

在国庆十周年之际，我曾奉命陪同来访的波兰贵宾、物理学家因费尔德（L．Infeld）。因费尔德曾是爱因斯坦的合作研究者，他们合著的科普书《物理学的进化》影响广泛。当我提到广义相对论不如狭义相对论或量子力学那样有许多科学检验和效益时。他说广义相对论仍是一个启发性的理论（stimulating theory）。我对他的看法深以为然，在这次会上由我自己发言来展示这一点，因为受到同样“刺激”不同人的反应不尽相同。     

路径积分、小波变换与爱因斯坦的完整量子力学理论

Feynman提出的量子力学的第三种理论——路径积分不仅包含了量子力学体系的全部信息,而且蕴藏着更深刻的理论内涵。“路径”的时空间隔涵义使其成为分形时空的基础,同样,时间、空间间隔使其可以定义粒子的速度。这意味着传播子中同时包纳了时空量和能量、动量。这一认识表明:完整的物理学是在坐标及其变化量定义的超系统参照系中的理论。这有可能是向着爱因斯坦所渴求的完整量子力学形式迈进的重要一步。基于路径积分的传播子可以给出一类窗口变换,窗口变换是比小波变换意义更广泛的一类变换。     

暴涨宇宙论和宇宙弦

我们所生存的星光灿烂的宇宙究竟是如何产生和形成的?这个问题既令人感兴趣又令人困惑。进入20世纪以来,物理学中两大基础理论——相对论和量子力学的建立和发展,特别是这两个理论最主要的结晶——粒子物理的崛起,以及实验设施和观测手段的革新,高能加速器和射电望远镜等的运用,顿使宇宙学以崭新的面貌向人们揭示了令人眩目的太空奥秘。     

物理学的困顿:下一步是什么?

在量子理论和爱因斯坦的相对论颠覆一切之前不久,维多利亚时代后期科学家似乎还都觉得"现在在物理学中已没有什么新东西可发现了". 今天已不存在这样的自大.相对论已生成了极为准确的宇宙模型,但要使这个模型工作,我们必须对我们所看到的宇宙,用无数我们未看见的其他东西加以补充.     

爱因斯坦大脑新探

一百年前的1905年是一个奇迹年,这一年,由天才物理学家爱因斯坦首创的"狭义相对论",从根本上改变了物理学的面貌.     

推荐《半导体物理学》

<正>20世纪初发展的量子力学和相对论改变了我们对世界的认识，而20世纪中期开始迅猛发展的半导体科技是我们改造世界的利器。半导体电路在每个家庭里都司空见惯，半导体改变了我们工作、交流、娱乐和思考的方式。半导体物理学是半导体科技的基础，是量子理论在固体材料中的应用，而半导体科技的未来发展也离不开量子理论和半导体物理学的进步。可是大家对半导体的了解还不太多，现在的一些教材也不太能够跟上时代的步伐。《半导体物理学》这本书有助于填补这个空白。     

量子引力:回到未来

在更高的精度下重复19世纪的物理实验,借此也许我们能首次一窥爱因斯坦相对论之后的新物理学——