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标  题: 物理学和哲学 - 译后记
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标  题: 物理学和哲学 - 译后记
发信站: BBS 曙光站 (Tue Jun 26 01:20:11 2001)

    
    本书作者韦纳尔。卡尔。海森伯（Werner Karl Heisenberg，1901-1976 ）
    是当代最卓越的理论物理学家和原子物理学家之一。 1976 年，物理学家维格纳在
悼念海森伯的文章中说：“没有一个活着的理论物理学家在这个领域内比他贡献更大。
”海森伯是量子力学的创始人之一。他为原子、原子核、基本粒子物理学的发展奋斗了
终生。他是继玻尔之后的哥本哈根学派的主要代表人物。
    
    海森伯平19OI年12月5 日生于德国维尔茨堡。原子物理学也正是在这前后诞生和开
始发展起来的。1911年他到慕尼黑上中学。1919年他首次接触到原子概念。
    1920年他进入慕尼黑大学随原子物理学家索末菲等学习物理学。卓越的物理学家泡
利是他的同学和挚友。
    
    索末菲虽然是一个杰出的物理学家，但不是一个哲学家。他在1922年写信给爱因斯
坦说：“我只能促进量子的技术，您必须研究它的哲学。”所以，海森伯不能从索末菲
那里学到量子论的哲学，他是以后从哥本哈根学派的首领玻尔那里学到量子论的哲学的
。
    
    1922年6 月，玻尔到哥丁根大学作有关原子的量子论和元素的周期系的一系列讲演
，这被称之为“玻尔的节日”。海森伯也随老师索末菲前去听讲。在一次讲演会中，二
十一岁的大学生海森伯对原子物理学权威玻尔关于塞曼效应的解释表示了不同的意见，
引起了玻尔的注意。会后，玻尔邀海森伯一起散步长谈。海森伯回忆说：“这是我能够
回忆起来的关于现代原子理论的基本性物理学问题和哲学问题的第一次透彻的讨论，它
当然对我以后的生涯有决定性的影响。我第一次理解到玻尔关于原子理论的观点远比当
时其他物理学家——例如索末菲——的观点更具有怀疑论的精神，而他对理论结构的深
刻理解不是对基本假设作数学分析的结果，确切地说是由于大量占有关于实际现象的材
料，从而使他有可能直观地理解现象之间的联系，而不是从这些现象形式地推导出其间
的关系。……玻尔首先是一位哲学家，而不是一位物理学家，但是他理解我们当代的自
然哲学只有当它的每一个细节都能够经受得住无情的实验检验时才是有力量的。”尽管
海森伯从不自认为唯物论者，但在我们看来，他的上述论点是完全符合自然科学的唯物
主义传统的，这对他一生的科学工作确实有决定性的影响。
    
    在索末菲的指导下，海森伯通过对湍流的研究于1923年7 月获得了博士学位，之后
就到哥丁根大学作玻恩的助手。1924年3 月，他第一次访问了哥本哈根。7月，他在哥丁
根大学取得授课的资格。1924年底到1925年初，他到哥本哈根在被尔指导下从事研究。
以后，他又回到哥丁根。1925年6 月，他在因枯草热病到海利戈兰特疗养期间第一个创
建了矩阵力学——量子力学的一种形式体系，发表了题为《关于运动学和力学关系的量
子论的重新解释》的一篇物理学史上划时代的论文。
    
    在创建矩阵力学的过程中，海森伯遵循了自然科学的唯物主义传统。他从原子物理
学大量实验结果（主要是原子光谱中里兹组合原则、弗兰克- 赫兹的原子电子碰撞实验
、玻尔频率关系等〕所揭示的辐射和原子能级的不连续性（即量子性）出发来建立他的
理论，又以实验结果来检验他的理论。结果表明，量子力学不仅能够解释旧量子论能够
解释的实验结果，还能够解释旧量子论所不能解释的许多实验结果（例如氦光谱特征、
带光谱中半量子数的存在、光电子的连续空间分布和放射性蜕变现象等）。
    
    海森伯创建矩阵力学的指导思想是“在原子领域内，经典力学不再有效”。
    他反对他的老师玻尔、索末菲等先验地把经典力学中的位置、速度、轨道概念强加
给原子中的电子，而主张代之以原子光谱的频率、波长、强度等可观测量。他这样做，
自称是受到马赫的实证论哲学的影响。实际上他在这里是应用了经验论，反对了唯心论
的先验论。
    
    海森伯的矩阵力学应用并推广了玻尔提出的对应原理。对应原理要求：量子理论得
到的结果对于大量子数应当收敛于经典力学得到的那些结果。从 1918 年到 1925 年，
玻尔等物理学家在旧量子论中运用对应原理，通过天才的猜测和人为的拼凑，已得到许
多重要的结果。海森伯的重大贡献是把对应原理推广到整个力学体系。当量子数很大或
普朗克常数可以略而不计时，量子力学的公式就趋近于经典力学的公式。这样，海森伯
就把猜测性的、零散的量子论发展成为一个逻辑一贯的、严密的形式体系。它反映了原
子层次微观客体的基本运动规律，并揭示了它与宏观客体基本运动规律之间的联系。
    
    在海森伯首创矩阵力学以后，他又和玻恩、约尔丹协作，继续努力发展矩阵力学。
1926年，奥地利的卓越物理学家薛定谔在德布罗意的物质渡假说的基础上，将波动力学
与经典力学的关系类比于物理光学与波动光学的关系，从而创建了波动力学，提出了以
他命名的薛定谔方程。以后不久，薛定谔又证明海森伯、玻恩、约尔丹创建的矩阵力学
和波动力学是等价的，可以通过数学变换从这种形式转化为另一种形式。同年，波恩指
出了薛定谔方程中的fai 函数可以给出大量微观客体性状的统计分布或是单个微观客体
具有某种性状的几率。
    
    1927年 3月，海森伯发表了《量子论运动学和力学的直观内容》一文，提出了著名
的测不准关系（又名不确定原理〕。海森伯不回避矛盾，敢于承认微观客体具有波粒二
重性，它们不同于经典物理学中的粒子，也不同干经典物理学中的波，应用经典的波或
粒子图象来描述微观客体时，必须受到测不准关系的限制。
    
    接着波尔就提出了互补原理。这个原理认为，对于微观客体，波动图象和粒子囹象
是互相排斥的，但是又相互补充。关于微观客体位置的知识和动量的知识（又如时间的
知识和能量的知识）是互补的概相互排斥，又相互补充人关于原子事件的时空表示和它
的决定论性因果描述是互补的（既相互排斥，又相互补充，即统计地关联起来）。关于
互补原理的作用，至今仍存在许多不同的意见。但它承认矛盾的两极，多少有点辩证法
的因素，对冲破经典物理学中机械决定论观念的束缚也起了积极作用。海森伯在1958年
也曾指出：“在量子论的认识论分析中，尤其是在玻尔所给予它的形式中，还包含着许
多会使人想起黑格尔哲学方法的特征。”
    
    1927年秋，26岁的海森伯成为莱比锡大学理论物理学教授，被人称为“德国最年轻
的教授”。在他和德拜周围，先后聚集了一批杰出的青年物理学家物布洛赫、供特、派
埃尔斯、斯莱透、泰勒、韦斯科夫、威札克尔等五、六十人，我国物理学家王福山也曾
在莱比锡学习〕。他们把量子力学推广应用到分子结构理论、原子核物理、固体物理、
金属的电磁性等等方面，作出了巨大的成绩，犹如一次所向披靡的凯旋进军。海森伯本
人就在铁磁性理论方面作出了重要贡献。莱比锡的这支队伍成了哥本哈根学派的重要支
柱。
    
    1929年，海森伯曾到美国、日本、印度讲学，1930年出版了以芝加哥讲演稿为基础
的《量子论的物理原理》一书，宣扬量子论的“哥本哈根精神”，在国际物理学界有广
泛的影响。他成了以被尔为首的哥本哈根学派的主要代表人物。
    
    1932年 5月，英国物理学家查德威克发现了中子。接着海森伯和两个苏联物理学家
分别独立地提出了原子核由中子和质子组成的理论。就在这一年，海森伯因创建量子力
学（矩阵力学）和提出测不准关系而获得诺贝尔物理学奖。
    
    期他参加领导研制重水型原子反应堆的工作。在二次大战期间，他发表了《原子核
物理学》（1943年）一书，编辑出版了《宇宙辐射论文集》（1943年）。1945年5 月，
他和德国其他一些科学家一道被美国军队俘至英国，到1946年才获释返回西德。
    
    二次大战以后，海森伯积极为恢复发展西德的科学事业而努力。他参加了重建威廉
皇家学会（1948年以后改名为普朗克学会）及所属研究机构的工作，担任哥丁根大学教
授兼普朗克物理研究所所长。1958年以后到1970年，他担任慕尼黑大学教授兼普朗克物
理和天体物理研究所所长。自1949年以后，他曾先后担任德意志科学研究委员会（DFR 
）主席、德意志科学研究联合会（DFG ）主席、洪堡基金会主席、普朗克学会副主席、
西德政府原子问题部顾问等职。
    
    在科学研究工作方面，海森伯自1957年以后，主要从事基本粒子统一场论的研究。
最初他和泡利合作。但到第二年泡利就放弃了这项艰巨的工作并于年终因病逝世。以后
，海森伯就和青年物理学家迪尔（海森伯和泰勒的学生〕一起从事这项工作。海森伯坚
持这项工作直到他去世之日。在这方面海森伯发表了《基本粒子理论导论》（1962）、
专著《基本粒子统一场论导论》（1966）。
    
    海森伯在基本粒子统一场论中把所有的基本粒子都看成是同一的原始物质的不同形
象（海森伯认为这种说法和赫拉克利特的哲学有相同之处）。原始物质可以用旋量场表
示，并满足一个叫做宇宙方程的非线性方程。他希望从解这个方程能推导出各种基本粒
子的存在和性质。他在 1970 年发表的《物理学的终结？》一文中谈到：“基本粒子物
理学有必要寻求一个新的更加全面的理想形式，它应当把相对论和量子论作为极限情况
，它应该说明复杂的基本粒子谱，就象量子力学能够说明比如铁原子的复杂光谱一样。
”他在《基本粒子统一场论导论》中指出：基本方程并不完全决定所有其他物理部门的
定律。例如，电磁定律、放射性和引力还同宇宙模型、大尺度宇宙结构这些有关基态的
边界条件有关。而且宇宙方程也不可能包含与生命有关的复杂现象。所以，海森伯认为
，建立基本粒子统一场论并不意味着物理学的终结。
    
    1975年3 月5 日，海森伯在德意志物理学会年会上作了题为《基本粒子是什么？》
的报告。（见本书第185 －199 页。）他认为，到了基本粒子层次，“基本粒子和复合
粒子的区分从此根本消失了。”“分割”与“组合”等词已失去了意义。他反对把电子
、质子等又看成是小行星系那样的复合系统，他反对近年来取得相当进展的“夸克”假
说。他强调探索物质的基本的动力学。海森伯和迪尔的这条研究路线是否能够取得成功
？这只能有待于今后关于基本粒子的理论研究和科学实验来作出恰当的结论。
    
    1971年海森伯 70 寿辰时，他的学生、好友、天体物理学家和哲学家冯。威札克尔
评价了他一生的工作：“他的物理学工作有两个主题：量子力学和统一场论。量子力学
象是一次胜利凯旋的进军，统一场论则是一场消耗实力的阵地战。”
    海森伯在晚年虽然不象青年时代那样取得丰硕的成果，但他在统一场论探索性研究
中不畏艰险、勇于登攀的追求科学真理的精神是值得我们敬仰和学习的。
    
    海森伯不仅是一位物理学家，也是一位哲学家。他十分重视古典哲学的钻研和物理
学哲学问题的探讨。他曾说：“一个人没有希腊自然哲学的知识，就很难在现代原子物
理学中作出进展。”他写了不少有关物理学哲学问题的著作，其中主要的有：《自然科
学基础的变迁》（1935年初版，1973年第10版，英译本改名为《原子核科学的哲学问题
》，中译本名为《严密自然科学基础近年来的变化》，上海1978年版，比原书增加了几
篇重要的文章），《当代物理学的自然观》（1955年初版，英译本改名《物理学家的自
然观》），《物理学和哲学——现代物理学克利特转向柏拉图的转移。正是普朗克的发
现实际上给我们这样一种启示，即物质的原子结构在自然定律中能够被理解为数学结构
的表示。”结合基本粒子统一场论的研究，海森伯对一与多、単纯与复合、组合与分割
、整体与部分、质料与形式等一系列对立的基本哲学范畴作了深入的探讨，是富有启发
性的。他的主张物质统一性的观点接近千赫拉克利特。他反对德谟克利特的原子论观点
，而倾向于柏拉图和亚里斯多德的物质无限可分的观点。但是海森伯在反对德谟克利特
的机械的原子论的同时，把他的唯物论也给否定了，而倾向于柏拉图的客观唯心论，把
理念、形式看得高于物质或物质的存在物，说什么“物自体最终是一种数学结构”（本
书第50页），“基本粒子最后也还是数学形式‘（本书第35页），”原始的东西不再是
物质的客体，而是形式，是数学对称性，……是理智的内容，…
    …’意义是万物之始‘——逻各斯。“我们不否认，在特定的条件下，形式对内容
、精神对物质可以起决定的、主导的作用。但由此夸大到把形式、精神看作是万物的原
始，那就把形式与内容、精神与物质的根本关系给颠倒了。
    
    因为海森伯是结合当代原子物理学的研究来探讨哲学问题的，所以他的哲学充满着
丰富的、活生生的内容。尽管他对有些命题作了片面、夸大、自相矛盾的表述，我们仍
应该深入地去研究、分析、鉴别，以便吸取其中的合理的内核。
    
    本书《现代物理学和哲学——现代科学中的革命》是海森伯根据1955－1956年冬季
在圣安德鲁兹大学的吉福特讲座上的讲稿整理发表的，干1959年出版。本书是作者最系
统的一本哲学著作，也反映了他从经验论向唯理论、从实证论向客观唯心论的转变。中
译本还增选了海森伯晚年所写的《科学真理和宗教真理》（1973）、《量子论历史中概
念的发展》（1975）、《基本粒子是什么？》（ 1975）、《宇宙辐射和物理学中的基本
问题》（1976 ）这四篇文章，以供关心现代物理学的历史及其哲学问题的读者参考。此
书的翻译与出版，曾得到于光远、许良英、陈步、龚育之、高崧、吴伯泽、吴隽深等同
志的关心与帮助，特在此表示深切的谢意。
    
    译者
    
    1980年 9月于北京
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我的爱, 是长程力, 不服从平方反比律.

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