庞加莱是当代法国伟大的数学家、物理学家、哲学家、工程师|庞加莱:最后一个什么都会的科学家( 四 )


庞加莱对物理学的重大贡献 , 体现在他是量子力学和相对论非同寻常的奠基人上 。
4a).量子力学 。 庞加莱对量子力学的重要贡献 , 是他于1912年证明了能量量子化是得到普朗克黑体辐射公式的充分必要条件 。 庞加莱的这个工作 , 为自1900年普朗克用能量量子化假设 , 即一定频率的光其能量为ν的整数倍 , 得到黑体辐射后物理学家们理解(摆脱)量子概念的努力划上了句号 。 实际上 , 普朗克一直在努力要证明能量量子化是没必要的 , 如果不是错的 , 甚至为此得到了零点能等重要概念 。 直到庞加莱的这个数学证明出来 , 普朗克才消停了 , 而不是如一般量子力学文献所述到了爱因斯坦1905年用能量量子化解释了光电效应的实验结果就消停了 。 庞加莱此一工作在众多的量子力学教科书中未见有提及 。 笔者再次重申 , 从理论严谨性的角度来看 , 庞加莱的这个论证是不可或缺的 , 否则能量量子化一直就是个让人(普朗克)无法放心的假设 。 这个证明 , 是普朗克、爱因斯坦这种数学水平的人不可能完成的任务 。 从实用的角度来看 , 它是通往量子统计和固体量子论的桥梁 , 懂得这个道理后更加容易理解量子统计 。 爱因斯坦、埃伦费斯特等人在庞加莱此工作的基础上很快发展出了固体量子论 。
庞加莱是当代法国伟大的数学家、物理学家、哲学家、工程师|庞加莱:最后一个什么都会的科学家
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庞加莱对相对论和量子力学的贡献都是奠基性的、一锤定音式的 。 他对量子化条件作为黑体辐射公式的充分必要条件的一锤定音 , 其意义不下于强调洛伦兹变换要构成群对狭义相对论的意义!这一点 , 在物理文献中竟然长期被忽略了 。 能够率先认识到这一点 , 笔者为自己感到骄傲 。
4b).相对论 。 庞加莱对经典力学的体系非常清楚 。 作为一个数学家 , 他对欧拉的研究方程之变换不变性应该是秒懂的 , 虽然笔者未见到庞加莱谈论相对性(relativisim)一词的具体文字 。 庞加莱将相对性原理表述为所有物理现象应遵循的原理 。 与此可相媲美的是居里(PierreCurie , 1859-1906)把对称性提升为物理研究对象 。 此外 , 作为巴黎长度(标准)局的一员 , 对时钟 , 尤其是相互间运动的钟表的校准问题 , 是他长期思考的问题 。 在1898年的“时间测量”一文中 , 他指出时间只有约定(convention)的意义 。
庞加莱是当代法国伟大的数学家、物理学家、哲学家、工程师|庞加莱:最后一个什么都会的科学家
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庞加莱于1912年辞世 , 广义相对论是1915年底构造出来的 , 但广义相对论后期津津乐道的引力波概念却是初见于庞加莱1905年的论文(ondegravitique) 。 加速运动电荷产生电磁波 , 庞加莱通过类比 , 提出加速质量也许会辐射引力波 。 关于这个类比 , 笔者不敢轻易接受 。 电荷是极性的存在 , 正负电荷的世界追求局域电中性 , 总和为零的电荷分布有电偶极矩 , 加速的电荷辐射电磁波 。 质量是非极性的 , 没有质量偶极矩(dipole)的说法 , 加速质量是否会辐射引力波 , 没有理论支持 。 爱因斯坦后来推导的引力波 , 是勉强硬凑的 , 他自己也为此感到不好意思 。
庞加莱一直教授物理 。 他的lectricitéetoptique(电学与光学)讲义 , 笔者粗略翻翻 , 发现里面有很多值得参考的地方 。 法国人对电学、光学的贡献甚多 , 其中很多的细节 , 我指的是学问被创造的细节 , 应该加入到我们的教科书中去 。
5思想者、文人庞加莱
庞加莱是思想者 。 作为一个拥有数学、物理背景的哲学家 , 他的观点同罗素罗素(BertrandRussell , 1872-1970)和弗雷格(GottlobFrege , 1848-1925)之数学是逻辑的分支的观点恰恰相反 。 庞加莱相信直觉才是数学的生命 , 数学不可能从逻辑导出来因为它不是分析的 。 庞加莱的科学哲学被称为实用偶然主义 。 我觉得这和庞加莱浓厚的物理背景有关 。 就物理学而言 , 公理化是结尾处的努力而不是学问的来源 。