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創造者H.A.洛倫茲及其為人

1953年7月18日,為紀念荷蘭著名物理學家洛倫茲誕辰100週年,在萊頓舉辦了專門紀念會,同時在荷蘭皇家自然科學史博物館(Rijkmuseum voor de Geschiedenis der Natuurwetenschappen)舉辦了有關洛倫茲及其同事,超導現象的發現者、低溫物理學的奠基人海克·卡末林·昂內斯(Heike Kamerlingh Onnes,1853—1926)的生平和工作展覽。在這次展覽中,博物館收到了一份厚禮——洛倫茲寫給愛因斯坦的大量信件手稿。洛倫茲的其他通信均保留在海牙的國立檔案館。本文是愛因斯坦為洛倫茲100週年誕辰紀念會寫的祝詞。原文發表於1953年德文版《我的世界觀》。

文中提到的「邁克爾遜實驗」或「邁克爾遜—莫雷實驗」首先是由美國物理學家邁克爾遜(Albert A. Michelson,1852—1931)做出來的。因發明精密光學儀器和借助這些儀器在光譜學和度量學的研究工作中所做出的貢獻,他於1907年獲得了諾貝爾物理學獎。

在世紀之交時,所有國家的理論物理學家都認為H. A.洛倫茲是他們的領導者。這樣說是有完全正當的理由的。我們這個時代的物理學家大多數都沒有充分意識到H. A.洛倫茲在理論物理學基本概念形成時所起到的決定性作用。造成這個奇特事實的原因是,洛倫茲的基本想法已經如此深刻地變成了他們自己的觀點,以至於他們無法充分認識到這些想法是多麼大膽,它們又是在多大程度上簡化了物理學基礎。

當H. A.洛倫茲開始他那富有創造性的科學工作時,麥克斯韋的電磁理論已經獲得了成功。但是這個理論的基本原理卻出奇複雜,以至於它的本質特徵無法被清楚地表現出來。儘管場的概念的確已經取代了超距作用的概念,但是電場和磁場還不被看作是基本的實體,而只是被設想為一種可以當作連續體的有重物質的狀態。結果,電場被分解為電場強度和電介質位移。在最簡單的情況下,電場強度和電介質位移通過介電常數聯繫在一起,但原則上它們被視為兩種獨立的實體。對磁場的處理也是類似的。根據這種基本觀點,將空的空間視為有重物質的一種特殊情況來處理,在這種情況下,場強和電位移之間的關係就變得尤為簡單。尤其是,這種解釋致使我們不能認為電場和磁場與物質的運動狀態無關,因為物質被看作是場的載體。

通過對H.赫茲關於動體電動力學的研究,可以清楚地瞭解當時流行的麥克斯韋電動力學的解釋。

然後出現了H. A.洛倫茲的拯救行動。他將研究始終一致地建立在如下假說上:

電磁場位於空的空間。在那裡只有一個電場矢量和一個磁場矢量。這個場是由原子性的電荷產生的,而它反過來又以有質動力作用在電荷上。電磁場同有重物質之間的唯一聯繫是因為基元電荷固著在組成原子的物質粒子上。對於後者,牛頓運動定律是適用的。

根據這個簡化了的基礎,洛倫茲建立起一個包括動體的電動力學在內的關於當時已知的一切電磁現象的完備理論。這樣自洽、明晰和美麗的工作,在經驗科學裡是極少達到的。在這個基礎上,不加其他假設就不能得到完全解釋的唯一現象,就是著名的邁克爾遜—莫雷實驗。如果不是把電磁場定位在空的空間裡,這個實驗就不會令人信服地推導出狹義相對論。最重要的步驟就是(將電磁現象)還原到空的空間裡——或者像當時人們所說的那樣——以太裡的麥克斯韋方程組。

洛倫茲甚至發現了後來以他名字命名的「洛倫茲變換」,儘管他沒有認識到它的群特徵。對他來說,空的空間中的麥克斯韋方程組只適於一個特殊的坐標系,這個坐標系因其靜止的狀態而與其他一切坐標系區分開來。這是一種矛盾的狀況,因為這個理論對慣性系的限制似乎比經典力學還要強。這種情況從經驗的觀點來看是完全沒有理由的,必然會導致狹義相對論。

感謝萊頓大學的慷慨,使得我能經常到那裡與我親愛的摯友保羅·埃倫費斯特(Paul Ehrenfest)共度一段時光。因此我常常有機會參加洛倫茲的演講,這些演講是他退休以後定期為少數年輕同事所做的。凡是這位卓越人物講的東西,都如同精美的藝術品一樣明澈美麗,並表現得那麼輕鬆靈巧,這是我從未在其他人身上感受過的。

我們這些年輕人只要認識到了H. A.洛倫茲的開明精神,便會特別欽佩和尊敬他。但是當我想起H. A.洛倫茲時,我所感覺到的遠遠不止於此。對我個人而言,他比我一生中遇到的所有其他人都更重要。

正如他對物理學和數學駕馭自如一樣,他毫不費力、冷靜沉著地支配自己。令人難以置信的是,他沒有平常人的弱點,可是這一點也從來沒有令他人感到壓抑。每個人都感受到了他的卓越,但是從沒有人覺得有壓迫感。儘管他從不對人類和人類事務心存幻想,但他對每個人、每件事都滿懷善念。他總是盡力服務和幫助他人,從未給人留下盛氣凌人的印象。他極其認真負責,從不賦予任何事情以過分的重要性;在這一點上,一種微妙的幽默感守護著他,這從他的眼神和微笑裡便可覺知。與此相應的是,儘管他全身心地獻身科學,但他確信我們的理解不可能太深入探究事物的本質。直到晚年,我才能夠充分欣賞這種半是懷疑、半是謙卑的態度。

儘管做了真誠的努力,語言——至少是我的語言——並不足以公正地討論這篇文章的主題。因此,我希望在此引用洛倫茲的兩句對我產生特別強烈的影響的話:

「我很高興自己屬於這樣一個國家,它太小了,無法做出什麼大的愚蠢行為來。」

第一次世界大戰期間,有人在談話中試圖使他相信,在人類領域裡,命運是由武力和強權決定的。對此,他這樣回答:「或許您是對的,但我不願生活在這樣一個世界裡。」