普朗克:理论物理学的原理与热辐射定律的挑战

各位先生：

首先要衷心感谢你们，这是像我这样的人所能得到的最大恩惠。当选为科学院院士使我可以不必为职业生活而发愁操心，全身心地致力于科学研究。即使我的努力没有换来你们所期望的成果，也请相信我的感激之情和勤勉努力。

接下来，请允许我谈谈我的研究领域，即理论物理学与实验物理学的关系。最近，一位数学家朋友半开玩笑地对我说：“数学家能做许多事情，但肯定做不到你当时想让他做的那些事情。”实验物理学家求教于理论物理学家的时候，情况也往往如此。是什么导致了这种独特的适应性缺乏呢？

理论家的方法是把一般假设或原理用作基础，并从中推导出结论。于是，他的工作可以分成两部分：首先他必须发现那些原理，然后由这些原理推导出结论。他在学校里已经得到了很好的知识和训练，能够顺利完成第二项任务。因此，如果在某个领域或者对于一组相互联系的现象，他的第一个问题已经解决，那么只要他足够勤奋和聪明，就一定能够成功。但上述第一项任务，即确立可以作为推导基础的原理，却与此完全不同。这里并没有什么可以学习和系统运用的方法来达到目标。研究者必须从庞杂的经验事实中觉察出一些可以精确表述的一般特征，才能从自然中获得那些一般原理。

一旦成功作出这种表述，便可得出一连串推论，它们往往会揭示出一些意想不到的关系，远远超出了这些原理所出自的事实领域。然而，只要作为推导基础的原理尚未找到，个别经验事实对于理论家来说就几乎毫无用处。事实上，单靠一些从经验中抽象出来的孤立的一般定律，他什么也做不成。面对着经验研究的个别结果，他将始终无能为力，直至找到那些能够作为演绎推理基础的原理。

关于低温下的热辐射和分子运动定律，目前理论的情况就是这样。大约15年前，还没有人会怀疑，只要把伽利略——牛顿力学应用于分子运动，并且根据麦克斯韦的电磁场理论，就可以正确地解释物体的电学、光学和热学性质。然而普朗克表明，要想建立同经验一致的热辐射定律，就必须使用一种计算方法，它与经典物理学的原理变得越来越不相容。为了使用这种计算方法，普朗克将所谓的量子假说引入了物理学，自那以后，该假说得到了完美地证实。他把这种量子假说应用于以足够低的速度和足够高的加速度运动着的足够小的物体，从而推翻了经典物理学，因此在今天，伽利略和牛顿所提出的运动定律只能被视作极限定律。理论家们尽管已经付出了艰苦的努力，但迄今为止仍然未能用一些满足普朗克的热辐射定律或量子假说的原理来取代力学原理。虽然我们已经确定地表明，热需要由分子运动来解释，但必须承认，我们今天对于这种运动的基本定律的了解，就如同牛顿之前的天文学家对于行星运动的了解一样粗浅。(www.xing528.com)

我刚才提到的一组事实，还没有什么原理能对其做理论处理。但还可能有另外一种情况：由明确表述的原理推导出的结论，完全或几乎完全超出了我们目前经验所及的事实领域。在那种情况下，可能需要多年的经验研究，才能查明这些理论原理是否符合实在。在相对论中就有这样的情况。

对空间和时间这两个基本概念的分析已经表明，由运动物体的光学所给出的真空中的光速不变原理绝不能迫使我们接受静止的光以太理论。恰恰相反，有可能提出一种一般理论来解释这样一个事实：在地球上所做的实验永远也无法揭示地球的任何平移运动。这便会用到相对性原理：从原先的（合理的）坐标系过渡到相对于它做匀速平移运动的新坐标系时，自然定律并不改变形式。该理论已经得到了大量经验验证，也简化了对一组已经有所关联的事实的理论描述。

但另一方面，从理论观点来看，该理论还不能完全令人满意，因为方才表述的相对性原理偏爱匀速运动。如果说匀速运动在物理学上没有绝对意义，那么我们就要问，这种说法是否也应扩展到非匀速运动？事实表明，如果在这种扩展的意义上建立相对性原理，就可以对相对论做出明确的推广。由此引出了一种包括动力学的广义引力论。但我们暂时还缺乏必要的事实来检验引入这个假设的原理是否正当。

业已查明，归纳物理学会向演绎物理学提出问题，演绎物理学也会向归纳物理学提出问题，回答这些问题需要我们全力以赴。愿我们团结起来，群策群力，不用多久就能取得重大突破！

[112]1914年在普鲁士科学院的就职演说。爱因斯坦于1913年成为普鲁士科学院院士，希特勒上台后，他便辞去了这一职位（参见本书《与普鲁士科学院的通信》一文）。本文发表在《普鲁士科学院学报》（Proceedings of the Prussian Academy of Sciences, 1914）。