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自然的物理学家的图片的演变

编者按:我们是从科学美国人 1963年5月发行重新发布本文由保罗·狄拉克,因为它可能会感兴趣的听众到2010年6月24日,和2010年6月25日科学对话播客,拥有 获奖作家和物理学家格雷厄姆·法默洛讨论最奇怪的人 他的传记的诺贝尔奖得主英国理论物理学家。

在本文中,我想讨论的一般物理理论的发展:它过去如何发展,一个多么希望它在未来的发展。人们可以期待在这个不断发展进化的过程中,已经持续了几个世纪的过程。


第一在进化的过程主要步骤由牛顿所带来的。牛顿之前,人们枕着世界基本上是二维的,两个维度,其中一个可以走动,和向上和向下的尺寸似乎是什么本质的不同。牛顿显示一个可以如何看待向上和向下的方向是对称的其他两个方向,通过引进引力和展示他们如何利用它们在物理理论的地方。可以说,牛顿,使我们能够从图片与二维对称传递给画面具有立体对称性。


爱因斯坦在相同的方向上进行另一步骤中,示出了如何可以从一个图像具有三维对称性传递到与四维秒的图象ymmetry。爱因斯坦把时间和表现出它是如何发挥作用是在许多方面与三维空间对称的。然而,这种对称性是不是相当完美。与爱因斯坦的图片一是导致从一个四维点认为世界的,但四个维度并不完全对称。有在四维图像的一些方向是与其他不同:即称为空方向的方向,沿着其光可以移动射线;因此四维图像是不完全对称。不过,有对称的四个维度中很大。唯一欠缺的对称性,只要关注物理方程,是在方程减号的外观相对于时间维度作为COM与三维空间缩减[见图顶部方程。


我们有,那么,从世界的四维图像的三维图像开发。读者可能不会满意这个局面,因为世界上还出现三维到他的意识。怎样才能把这个外观到四维图像,爱因斯坦要求物理学家有哪些?


什么似乎我们的意识真的是四维图像的三维部分。我们必须采取一个三维的部分给我们什么似乎我们在同一时间意识;在稍后的时间,我们将有一个不同的三维部分。物理学家的任务包括LArgely在另一部分参照稍后的时间与在这些部分中的一个事件的事件。因此,与四维对称性的图片并没有给我们整个局势。当人们考虑到已经由量子理论所带来的发展,这显得尤为重要。量子理论告诉我们,我们必须采取观察的过程中考虑,并观察通常需要我们在宇宙的四维图像的三维部分带来。


狭义相对论理论,爱因斯坦介绍,要求我们把物理学的所有法律成一种形式,显示四维对称性。但是,当我们使用这些法律,以获取有关观测结果,我们个人有TØ在一些额外的四维对称性,即说明我们对宇宙的意识在一定的时间三维部分带来。


爱因斯坦提出我们的实物图片发展的另一个最重要的贡献:他提出了广义相对论理论,这就要求我们在假设的空间物理弯曲。在此之前,物理学家一直以平面空间,牛顿的三维平面空间,然后将其扩展到狭义相对论的四维平坦的空间合作。广义相对论通过要求我们去到弯曲空间作出我们的实物图片演变的真正重要的贡献。这一理论的总体要求是指所有的法律物理的可弯曲的四维空间来配制,并且它们示出了四个维度之间的对称性。但同样,当我们想在观测带上,因为我们必须如果我们看一下但从量子理论的角度东西,我们不得不提到这个四维空间的一个部分。随着四维空间弯曲,任意部分,我们做出它也有弯曲的,因为通常我们无法给出一个意义在弯曲空间的平坦部。这使我们的照片中,我们必须在弯曲的四维空间采取弯曲的三维部分,并讨论在这些路段观察。


在过去几年人们一直在试图量子概念适用于引力以及其他现象物理的,而这也导致了相当意外的发展,即看着一个个从视图的章节中,我们会发现有理论的那滴出一些自由度点引力理论。引力场是具有10个部件的张量场。人们发现,该组件中的六个充分描述的物理重要性和其他四个一切都可以在方程式被退学了。缺一不可,然而,在不破坏四维对称性任何方式挑选出从全套10的六个重要组成部分。因此,如果一个在方程保持四维对称性坚持认为,一个无法适应引力理论的方式量子理论测量的讨论需要无单eing被迫超过所需的BV的身体情况更复杂的描述。这一结果使我怀疑在物理四维要求如何根本的是。几十年前似乎很肯定的是,一个不得不表达了整个物理学的四维形式。但现在看来,四维对称性不存在这样的极端重要性,因为自然的描述有时候会简化从它一个的出发时。


现在,我想继续已经由量子理论所带来的发展。量子理论是非常小的事情的讨论,并已形成物理的主要议题在过去的60年。在此期间,物理学家已经积累了相当多的实验INF的ormation和发展理论,以对应于它,理论与实验的结合导致了世界的物理学家的图片的重要发展。


量子先制成其外观时普朗克发现需要假设电磁波的能量只能存在于一个特定的单元的倍数,这取决于波的频率,以便解释黑体辐射规律。然后爱因斯坦发现了能量在光电效应产生的相同的单元。在对量子理论一个早期的工作只是不得不接受能量的单位,而不能将它合并到一个物理图象。


第一个新图象这似乎是原子的玻尔的图片。这是在我们有电子在某些定义明确的轨道走动,偶尔做一个跳跃,从一个轨道到另一个画面。我们无法想象的跳跃是如何发生的。我们只是不得不接受它作为一种不连续的。原子的玻尔的图片只是工作的特例,实际上,当只有一个电子,这是重要的考虑中的问题。因此,该图象是一个不完整的和原始的一种。


在量子理论的大突破是在1925年,量子力学的发现。这种进步是带来独立的两名男子,海森堡第一和薛定谔不久之后,从不同的角度工作。海森堡奋力保持着密切的实验证据安博牛逼谱这是一个当时正在积累,他发现了实验信息是如何被装配成​​现在被称为矩阵力学的方案。所有光谱的实验数据装到精美的矩阵力学的方案,这导致原子世界的完全不同的画面。薛定谔从一个更数学的角度努力,试图找到用于描述原子事件一个美丽的理论,并通过与颗粒相关波德布罗意的想法帮助。他能够延长德布罗意的想法,并得到一个非常美丽的公式,被称为薛定谔的波动方程,用于描述原子过程。薛定谔通过纯粹的思想得到了这个方程,寻找的德布罗意的想法一些漂亮的概括,而不是保持荷兰国际集团接近的方式海森堡做了主题的实验开发。


我可以告诉你怎么样,当他第一次想到这个主意的这个公式,他立即把它应用到的行为薛定谔听到这个故事,我电子中的氢原子,然后他得到的结果不与实验一致。分歧的出现是因为当时它不知道的是,电子的自旋。这当然是一个伟大的失望薛定谔,这导致他放弃了某些月份的工作。然后,他注意到,如果他在一个更近似的方式应用的理论,完全没有考虑到AC算相对论所需要的改进,这种粗略的估计他的工作是在观察一致。他发表了他的冷杉T纸,仅此粗略的估计,并以这种方式薛定谔的波动方程被呈现给世人。然后,当然,当人们发现了如何兼顾电子的正确的旋转,运用薛定谔方程相对论的结果和实验之间的差异被彻底清理。


我认为这是一个道德这个故事,即它更重要的是有一个方程美,而不是有适合他们的实验。如果薛定谔曾自信他的工作,他可能就在几个月前发布的,他可能已经出版了更精确的公式。这个方程现在被称为克莱因 - 戈登方程,尽管它确实受到薛定谔发现,而事实上西澳小号发现了薛定谔之前,他发现了自己的氢原子的非相对论处理。看来,如果一个是从视图中获得一个方程美点工作,如果一个人真正健全的洞察力,一个是进步的肯定行。如果没有一个人的工作和实验的结果之间完全一致,一个不应该让自己被太灰心,因为这种差异可能是由于未适当考虑,并且将得到进一步清理小功能理论的发展。


即量子力学如何被发现。它导致了世界的物理学家的图片,也许是尚未采取了最大的地方了很大的变化。这种变化来自于我们有放弃确定性的图片,我们一直认为是理所当然的。我们引到理论,并不能肯定到底是怎么回事在未来发生,但给了我们大约只有各种事件的发生概率信息预测。这种放弃确定性一直是一个很有争议的问题,有的人根本不喜欢它。爱因斯坦特别是从来不喜欢它。


虽然爱因斯坦是伟大的贡献者量子力学的发展方向之一,他仍然总是比较敌视的形式,量子力学生前演化成而且它仍然保留。


敌意一些人具有对放弃确定性画面可以在许多讨论中居中本文由爱因斯坦,波多尔斯基和罗森处理的难度一个在形成一致的画面,根据量子力学的规则仍然给出的结果。量子力学的规则是相当明确的。人们知道如何计算结果和如何将他们的计算结果与实验进行比较。每个人都同意了形式主义。它的工作这么好,没有人能买得起它不同意。不过还是图片,我们建立这种形式主义的背后,是一个有争议的问题。

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