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纪念2005国际物理年的讲话

2005-06-01  点击:[]

 

(一)

   一个世纪前的1905年,是科学史上较为特殊的奇迹年,当时26岁的默默无闻的爱因斯坦发表的5篇具有划时代意义的论文,彻底改变了传统的物理学,成就了现代物理学中三项伟大理论:分子运动论、狭义相对论和光量子假说,也为造福后世的诸多技术奠定了基础。相对论和量子理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的科学基础,由物理学研究衍生的新技术和新产品层出不穷,深刻地改变了人们的生产方式和生活方式。它还为生物、医疗、地学、农业提供了强大的探测手段和研究方法,促进了化学、天文、材料、能源、信息等学科的发展。

20世纪的物理学道路和人类对宇宙的认识,在1905年被爱因斯坦照亮。为了纪念这颗闪耀的明星,为纪念这一奇迹年100周年,全球物理学界一致呼吁2005年为“世界物理年”。 这一年也恰逢爱因斯坦逝世50周年。联合国大会于2004年6月10日通过决议,正式宣布2005年为“国际物理年”。2005年作为国际物理年有三个意义,纪念爱因斯坦,为物理学吸引人才,以及唤起社会对物理学的关注。

(二)

1905年,爱因斯坦一连写出6篇论文(其中5篇于当年、另一篇于次年发表在当时国际物理学界声望最高的《物理学杂志》上),尤其在3月到9月这6个月内,在三个不同领域中,他作出了四个有划时代意义的贡献。1905年,爱因斯坦发表的第一篇论文(写于3月)是关于光的基本性质的,提出“光量子”理论,把1900年普朗克创立的量子论大大推进一步,对早已成为定论的光的波动理论提出有力挑战,揭示了微观世界的基本特征:波动—粒子二象性。

同年4月、5月和12月,他写了3篇关于分子运动论的论文,目的是通过观测液体中悬浮粒子的运动来测定分子的实际大小,以解决半个世纪来科学界和哲学界争论不休的原子是否存在的问题。他的理论预测得到了两位化学家的实验证实,使各国科学家一致认为,分子和原子的实在性问题已无任何怀疑的余地。

这一年的5月中旬,他用五六个星期写出开创物理学新纪元的长篇论文《论动体电动力学》,完整地提出了关于电动力学和力学基础的理论,这是他10年酝酿和反复苦思的结果。这篇论文解决了19世纪末出现的物理学的一个严重危机。到19世纪 70年代,以牛顿力学为基础的古典物理学在各个领域都取得辉煌成就,不少物理学家认为物理学理论已接近最后完成。可是,这个世纪80年代的“以太漂移”实验与理论预测相反,为解决这令人沮丧的矛盾,洛伦兹等老一辈物理学家采取修补漏洞的办法,提出各种名目繁多的假设,使理论体系更加捉襟见肘。少年时代就喜爱刨根究底的爱因斯坦,则从更高的着眼点和更广的视角来审视这一问题,他大胆地摒弃了对物质不起任何作用的牛顿的绝对空间和绝对时间概念,把伽利略发现的力学运动的相对性提升为“相对性原理”:自然规律与观测者的运动状态无关。同时,又把光速对于任何观测者都是不变的这一实验事实也提升为原理。从这两条原理出发,他建立起了一套完整理论,称之为“狭义相对论”。相对论的研究对象是超越我们日常经验的高速运动世界和广阔的宇宙,这是人们难以理解相对论的主要原因。爱因斯坦曾说,“世界上可能只有12个人能够看懂相对论”,但是世界上却有几十亿人借此明白了没有什么是绝对的。

自相对论诞生之日起,它所带来的时空观革命就极大地拓展了人类对宇宙的理解。从相对论中,人们发现了时间旅行的奥秘、原子裂变的巨大能量、宇宙的起源和终结、黑洞和暗能量等奇妙现象。几乎宇宙所有的奥秘都隐藏在相对论那几行简单的公式中。狭义相对论证明高速旅行会使时间变慢,假定将来的某个时候,人们已解决了所有的技术难题,能够制造一艘以亚光速飞行的宇宙飞船,一定意义上的时间旅行就变成可能了。如果飞船以亚光速从地球出发向遥远的星系飞去,来回的旅程仅仅几年(按飞船上的时间),但在此期间地球上却已过去了几千年,一切都发生了天翻地覆的变化。如果人类文明依然还存在的话,那又会是一个什么新的模样呢?

这一年的9月,他又写了一篇短论文,是作为相对论的一个推论,提出了物体的质量(m)与其所含能量(E)之间存在着如下关系: E=m·c2(c为光速),称之为质能关系式。它解释了一个当时困惑所有物理学家的现象:放射性元素(如镭)为何能不断地释放出大量的能量。能量等于质量乘以光速的平方,即能量是质量的900万倍,是多么诱人的前景呀!指甲盖般大小的物质的质量如果完全消失,其释放的能量是用以万吨煤炭来计算的。遗憾的是,没人能随便减少质量。但是,在爱因斯坦提出质能关系式几十年后的1939年,约里奥·居里、费米、西拉德这三位科学家分别独立发现了链式反应,使人类找到了释放巨大原子能的方法。爱因斯坦提出的质能关系式是30年代开始蓬勃发展起来的核物理学和探索物质基本结构的粒子物理学的理论基础,也为核能(早期称为原子能)的释放和利用开辟了道路,使人类进入从用火以来一个新的能源时代。

相对论不仅冲击了牛顿以来古典物理学理论体系,改变了传统的空间、时间观念,而且深刻地影响了科学方法论和哲学的认识论,正如普朗克于1910年所说的,由相对论“所带来的物理世界观的革命,在广度和深度上,只有由哥白尼的世界体系的提出所引起的革命可以相比拟”。

(三)

爱因斯坦、玻尔、费曼、霍金……杨振宁、李政道、钱三强、彭桓武……每当提起这一个个耳熟能详的名字总是令人肃然起敬,而这每一个名字的背后又都矗立着同一门渊深博大的科学——物理。正如同一百年前,爱因斯坦先后发表了5篇具有划时代意义的论文而被世人称为奇迹一样,每一位伟大的物理学家在公众眼中似乎都充满了神秘与传奇,而在2005年当中,人们将有机会重温奇迹,亲历百年一遇的“国际物理年”,走进物理世界的绚烂奇妙。  

过去100年中,物理学取得了巨大进展,但与之同时人们面临的未知事物同样增多。当前物理学面临的问题,广泛涉及宇宙起源、暗物质、暗能量、星体形成、广义相对论、量子力学、复杂性、量子计算机、理论生物学、基因组学和计算物理学等,这些问题将引导物理学今后的发展。

  由中国科协青少年部和中国物理学会主办的有关国际物理年的一系列纪念活动在国内已拉开帷幕,内蒙古物理学会和内蒙古青少年科技中心也将组织相应的纪念活动。我们将进行“物理照耀世界”光束传递活动;2005国际物理年签名活动;举办大型物理科普学术报告会;举办“推动人类文明进步的物理学”展览等丰富多彩的纪念活动。

近年来,公众的物理意识正在削弱。此次活动的宗旨就是通过展示物理学在社会、经济、技术、文化和国家安全等方面的重要作用,争取公众对物理学的理解与支持,坚定公众对物理学的信念,使物理走近大众,让百姓关注物理,推动物理教育改革,培养物理人才,使物理学在21世纪得到新的发展。

在爱因斯坦奇迹年100周年之际,作为最富有激情和创造力的当代青少年,应该行动起来,把握住这个契机,挥舞“国际物理年”这面旗帜,肩负起光大物理学的历史重任,燃烧当代青少年火热的青春激情,积极地开展形式多样的宣传活动,增进公众对物理学的理解,向公众展示一个真实、严谨而不失美丽的物理世界!

青少年学生要坚定对物理学的信念,追寻爱因斯坦的足迹,学习前辈物理学家不畏权威、坚持真理的科学精神,学好物理,热爱物理,共同创造物理学光辉的未来!

让我们用丰富多彩的纪念活动展示物理的风采,让每一个人都来了解物理,感受物理的魅力,在人们的心中播下科学的种子;让我们共同热爱的物理照耀世界!