8 第一卷原子理论和自然的描述 面看来这种量子力学都可以认为是经典物理理论的一种推广。此 外，关于量子力学描述中对于因果性的放弃以及受到作用量子不 可分性的制约的现象及其观察的可区分性方面的限制，我们对于 二者之间的密切联系已经逐步得到全面的理解。这一情况的认 知，意味着我们对待因果原理以及对待观察概念的态度上的一种 根本变化。 尽管在相对论中所遇到的问题和在量子力学中所遇到的问题 有着很多不同之点，但是二者之间却有一种深刻的内在相似性。 在这两种情况下，我们所涉及的都是一些物理规律的认知，这些规 律超出于我们普通经验的领域之外，而给我们的习见知觉形式带 来了困难。我们体会到，这些知觉形式是一些理想化；这些理想化 在把我们的普通感官印象条理化时的适用性，依赖于实际上可以 认为无限的光速，并依赖于作用量子的微小性。然而，在评价这一 形势时我们必须记得，尽管习见知觉形式带有局限性，我们却绝不 能废弃这些知觉形式一它们濡染了我们的全部语言，而且一切 的经验归根到底必须借助于它们来表达的。恰恰是这样一种情 况，就在根本上使得所讨论的问题具有了普遍的哲学兴趣。相对 论给我们的世界图景所带来的结局，已经被吸收在一般的科学意 识之内，但是，对于已由量子理论阐明了的那些一般性的认识论问 题来说，却还很难说事情已经发展到同样的地步了。 当我应约为《哥本哈根大学1929年年鉴》写一篇文章时，我起 初本想从分析我们描述自然所依据的基本概念开始，用尽可能简 单的形式来说明一下量子理论所带来的那些新观点。然而，我所
绪论 9 负责的其他工作使我没有足够的时间来完成这种说明；而且，这些 新观点在不断发展也给这种说明带来不小的困难。理解到这种困 难，我放弃了准备一篇新文章的想法，而开始考虑用为此场合所准 备的某些文章的丹麦译文来代替，这些文章是我在近年以来作为 讨论量子理论问题的投稿而在外国刊物上发表的。这些文章属于 一系列的演讲和论文，在这些演讲和论文中，我一直企图对当时原 子理论的状况提出一种首尾一贯的概观。这-一系列中若干早期的 文章，在某些方面形成此处重印出来的这三篇文章的一种背景。 尤其是题名为〈原子结构》的一篇演讲词，更是如此；那篇演讲是在 1922年12月在斯德哥尔摩发表的，当时曾作为《自然》的增刊而 出版。然而，这儿重印的几篇文章，在形式上显得是完全独立的。 它们都是讨论的原子理论发展中的最新形势，在这种形势中基本 概念的分析已经变得如此重要；在这方面，这几篇文章是密切地相 互联系着的。这些文章追随了发展的进程，从而对于逐渐阐明概 念的过程提供了一个直接的印象；这一事实也许可以在某种程度 上有助于文章的论题，使它比较容易为那些不属于物理学家狭窄 圈子的读者们所接受。下面是关于这些文章出现时的那些特定情 况的说明；在这种说明中，通过增加一些引导性的注释，我曾经企 图帮助人们对文章内容得到一种普遍看法，并企图尽可能地弥补 或许会给较广泛范围中的读者们造成困难的一些阐述上的缺点。 第一篇文章由一篇演讲修订而成，该演讲是在1925年8月在 哥本哈根召开的斯堪底纳维亚数学会议上发表的。这篇文章以简 练的形式提供了关于量子理论发展的概观，直到海森伯(Werner
10 第一卷原子理论和自然的描述 Heisenberg)的论文预示了一种新形势的来临时为止；在文章的末 尾，曾经讨论了海森伯的那篇论文。这篇演讲处理的是力学概念 在原子理论中的应用，它并且指示出来，借助于量子理论来整理大 量的实验数据，已经如何给新发展开辟了道路；这种新发展以合理 的量子力学方法的创立为其特征。最重要的是，以前的发展已经 引导人们认识到对原子现象进行首尾一贯的因果描述是不可能 的。这方面的一种自党放弃，已经蕴涵在文中所提到的那些公设 的形式中了；这种形式从经典理论的观点看来是不合理的，而这些 公设则是作者在应用量子理论来解决原子结构问题时所依据的。 符合着作用量子不可分性的要求，一个原子的态的一切变化，都被 描述为一些个体性的过程；通过这种过程，原子将从一个所谓的定 态变到另一个定态，而且，对于这种过程的发生只能进行几率的考 虑。一方面，这一事实必然会大大地限制了经典理论的适用领域。 另一方面，仍然需要广泛地使用诠释一切经验所最终依赖的那些 经典概念，这种必要性就导致了所谓对应原理的表述；所谓对应原 理，表现着我们通过赋予经典概念以适当的量子理论再诠释来利 用这些概念的那种努力。然而，用这种观点来对实验数据进行详 细分析，却注定要越来越清楚地表明我们并没有足够适当的办法 来完成一种以对应原理为基础的严格描述。 因为演讲是在特殊场合发表的，所以文中曾经特别强调了理 论物理学所特有的那种数学手段的应用。在这里，符号化的数学 表示形式，不但是描述定量关系的不可缺少的工具，而且，在阐明 一般的定性观点方面这些表示形式也同时提供了一种不可缺少的 手段。在文章的末尾曾经表示，希望数学分析将再次证实能够帮
绪 论 11 助物理学家克服困难；在过去的一段时间内，这种希望已经超出一 切预料地得到了满足。不但抽象代数学注定要在文中提到的海森 伯量子力学的表述中起一种决定性的作用，而且，就连微分方程 经典物理学的最重要的方法—的理论也几乎紧跟着就在原 子问题中得到了广泛的应用。这种应用的出发点，就是力学和光 学之间的独特类比；哈密顿(Hamilton)对于发展经典力学方法的 重要贡献，就已经是以这种类比为依据了。这种类比对于量子理 论的重要性，是由德布洛意(Louis de Broglie)所首先指出的；联系 到众所周知的爱因斯坦光量子理论，德布洛意曾将一个粒子的运 动和一些波系的传播进行了比较。正如德布洛意所指出的，这种 比较使我们能够对于本文所提到的适用于原子定态的量子化法则 给出一种简单的几何意义。通过进一步发展这些考虑，薛丁谔 (E.Schrodinger)在把量子力学问题归结为某一微分方程即所谓薛 丁谔方程的求解方面得到了成功，于是就给我们提供了一种方法， 在近几年来原子理论所经历的巨大发展中，这种方法起了一种决 定性的作用。 第二篇文章是一篇论文的修订本，该文是在1927年9月为纪 念伏打逝世百周年而在科莫(Como)召开的国际物理学会议上宣 读的。在当时，上述那些量子力学方法已经达到一种高度的完善， 而且已经在很多应用中显示了它们的有成果性。但是，关于这些 方法的物理诠释却出现了意见分歧，而且这种分歧曾经引起很多 讨论。尤其是薛丁谔波动力学的巨大成功，曾经使很多物理学家 的希望重新抬头；他们希望能够按照和经典物理理论路线相类似
12 第一卷原子理论和自然的描述 的路线来描述原子现象，而不引入一直作为量子理论之特征的那 种“不合理性”。与此观点相反，在本文中曾经坚持指出，从经典的 观点看来，作用量子的不可分性这一基本公设，本身就是一种不合 理的要素；这种要素不可避免地要求我们放弃因果描述方式，而 且，由于现象及其观察之间的耦合，这种要素就迫使我们采用一种 新的描述方式，叫做互补描述方式；互补一词的意义是：一些经典 概念的任何确定应用，将排除另一些经典概念的同时应用，而这另 一些经典概念在另一种条件下却是阐明现象所同样不可缺少的。 文中指出，当考虑光的本性问题和物质的本性问题时，我们马上就 会遇到这种特点。在第一篇文章中就曾经强调过，在我们关于辐 射现象的描述中，我们在电磁理论的波动描述和光量子理论中光 传播的颗粒观念之间面临着一种选择上的两难推论。同时，关于 物质，德布洛意波的概念已由众所周知的电子在金属晶体上反射 的实验所证实；这种证实使我们面临了一种颇为相似的两难推论， 因为这里不可能有什么放弃基本粒子个体性思想的问题。因为， 这种个体性形成一种稳固的基础，原子理论的全部新发展就是依 赖于这种基础的。 文章的主要目的是要证明，为了无矛盾地诠释量子理论的方 法，这种互补性特点是不可缺少的。不久以前，海森伯曾经对这种 讨论作出了非常重要的贡献，他指出了力学概念的有限适用性和 下述事实之间的密切联系：以追踪基本粒子的运动为目的的任何 测量，都会对现象的进程引起一种不可避免的干涉，从而就会包括 一种决定于作用量子之量值的不确定因素。这种不确定性，确实 显示着一种独特的互补品格；这种品格妨碍着时空概念和能量守