两个20年

何焱林

20世纪伊始，1900年8月，在巴黎召开的国际数学家代表大会上，德国数学家希尔伯特作了《数学问题》的讲演，提出了23个尚待解决的数学问题，几乎涵盖数学的各个分枝，具有极高的前瞻性，推动了数学的研究与发展。有的问题，已为数学家（包括希尔伯特本人）解决，有的已逐步推进，离解决只有一步之遥，例如哥德巴德多巴赫猜想，20世纪6、70年代,中国数学家陈景润已得到1+2之成果，离1+1，即一个充分大的偶数，由两个素数相加而成，虽然为只有1之差，或离证明只一步之遥，但这一步，四五十年来，却无人跨出。希氏提出的问题，有的至今仍为悬疑。

会上，希氏并未提及困扰数学家近300年的费尔玛定理，这是有原因的，希氏说过，他已经证明了费氏定理，但定理本身是一只会生金蛋的母鸡，他不忍将这只母鸡杀了。虽然人们从他的遗稿中，或任何其他文字资料中，找不出他证明费氏定理的只字片言，但他说的话是可信的。80年代，中国人用几乎纯粹的初等方法，证明了费氏定理。

上世纪90年代前期，有两位日本数学家相继宣称证明了费氏定理，稍后即发现他们的论述存在漏洞，虽则如此，说明离费尔玛大定理的证明为期不远。果然不久，1997年英国人魏尔斯成功地证明了费氏定理，历经300余年的努力，费尔玛大定理终于有了完满的结果。

费氏定理所以拖这么久的时间，与费氏解决这一问题的方法，“无穷递降法”不无关系，方程未知数指数的提高，其解决难度也指数级提高。后续研究者为其所囿，总在指数上做文章，这不是一条出路，解决了指数是n_1，指数是n₂又如何办？哥德巴赫猜想之证明，是否也可以换一种方法解决？或者，我们或许能看到哥氏猜想，是用何种方法解决的？

20世纪前20年，物理学方面的成就，可谓华彩纷呈，藯为大观。出现了一批载入史册的，作出基础性及开拓性工作的科学家，对当时及后世的科学研究及技术发展，都有深远影响。他们的名字可以列出一张长长的表单。

洛伦兹（1853-1928）：贺兰物理学家。

　　洛伦兹可谓从经典物理学过渡到近代物理学之重要人物，他的电子论将经典物理推到它所能达到的极致，他所发明的洛伦兹变换，不仅于爱因斯坦发现狭义相对论以重大启迪，且成为重要表达式之一。洛伦兹变换大致是这样：

当两个惯性坐标系S、S^*重合时，同一点之坐标在两坐标系内有

z^*=z,   y^*=y,   x^*=x.   (1)

设坐标系S^*沿x轴正方向作匀速直线运动。一个电磁波在S及S^*重合时发生，在惯性系S内，经t时间到达D点，有

SD=（x²+y²+z²）^1/2

即x²+y²+z²=c²t².    (2)

x^*=a(x-vt)  （3）.

t^*=βt+γx.   (4)

y^*=y,  z^*=z.  (5)

在S^*坐标系内有x^*2+y^*2+z^*2=c²t^*2.   (5)(光速不变原理)。

有c²(βt+γx)²=ɑ²(x-vt)²+y²+z²，展开，有

c²（β²t²+2βtγx+γ²x²）

= ɑ²(x²+2xvt+v²t²)                  (6)

整理，得（c²β²-v²ɑ²）t²

=(ɑ²-c²γ²)x²+y²+z²-2(vɑ²+c²βγ)xt.   (7)

只有当（7）式中x²之系数为1,t²之系数为c²，而xt项系数为0，则（7）与（4）同，故有：

C²ß²-v²ɑ²=c².

ɑ²-c²γ²=1.

vɑ²+c²ßγ=0.

解此方程组，得ɑ²= ß²，得

ß²=1/（1-v²/c²）

x^*=(x-vt)/(1-v²/c²)^1/2.

y^*=y.    z^*=z.

t^*=(t-vx/c²)/(1-v²/c²)^1/2.

此即罗伦兹变换，c表示真空中光的速度。当v 甚小时，得经典力学公式。

爱因斯坦在洛伦兹墓前说：洛伦兹的成就"对我产生了最伟大的影响"，他是"我们时代最伟大、最高尚的人"。狭义相对论中，洛伦兹变换是最基本的关系式。

普朗克(1858-1947)，德国物理学家和量子力学重要创始人，与爱因斯坦并称为二十世纪两大最重要物理学家。他因发现能量量子化，对物理学的又一次飞跃做出了重要贡献。

卢瑟夫（1871-1937），新西兰人，他提出放射性能使一种原子变为另一种原子，开原子物理学之先河。根据α粒子散射现象，提出原子结构的行星模式，被誉为原子物理学之父，为量子力学的先驱。发现质子，实现了人工核反应，为核能的人工释放打下基础。

爱因斯坦（1879-1955），出生于德国，美籍、瑞士籍犹太人。一生对物理学多所贡献，最著名的是1905年根据相对性原理，光速不变原理，提出狭义相对论，提出能量守恒定律，得出公式：E＝ｍC²。1915提出广义相对论。著名物理学家，皇家学会会长汤姆孙说：“这是自从牛顿时代以来所取得的关于万有引力理论的最重大的成果”，“爱因斯坦的相对论是人类思想最伟大的成果之一”。

玻尔(1885-1962)，丹麦物理学家，丹麦皇家科学院院士，英国曼彻斯特大学和剑桥大学名誉博士学位，玻尔通过引入量子化条件，提出了玻尔模型来解释氢原子光谱;提出互补原理和哥本哈根诠释来解释量子力学，他还是哥本哈根学派的创始人，对二十世纪物理学的发展有深远的影响。

1937年5、6月间，玻尔曾经到中国访问和讲学，曾与中国学者如束星北等有过深度学术交流，玻尔称束星北是爱因斯坦一样的大师。束星北的文章《引力与电磁合论》《爱因斯坦引力理论的非静力场解》是相对论早期的重要论述。

薛定谔（1887-1961），奥地利物理学家，量子力学奠基人之一，发展了分子生物学，是分子生物学的先驱。建立了波动力学。其所建立的薛定谔方程，是量子力学中描述微观粒子运动状态的基本定律，在量子力学中的地位大致相似于牛顿运动定律在经典力学中的地位。

上述诸先贤，只是上世纪前20 年活跃于近代物理学前沿的一小部分科学家，他们的工作，可谓继往开来，对于近当代物理学既是奠基性的，也是开拓性的，今天众多的物理学家，仍然在他们开拓的道路上继续前进。限于篇幅，所引仅是他们小部分成就。

本世纪的首20年，没有像希尔伯特那样的数学大师，提出当今有哪些要解决的数学问题，也没有狭义相对论，广义相对论，量子力学，原子物理学，分子生物学等重要基础理论与方法论的提出。无论理论物理或实验物理，都没有上世纪首20 年出现过那样多的大师级人物。也许，可以归结为两大原因。

上世纪物理学的基础理论与方法论经过井喷式的发展，理论问题已经大多解决，留给当代物理学家的未知领域已经不多。当代的物理学家，似乎更重视技术的革新与应用，更重视财富的创造与积累。一项新技术的发现与利用，可以立即挣得现银子，且财源滚滚，数年间即富可倾城，富可敌国。基础理论研究，则要坐冷板凳，可能数十年若熬，一生心血洒尽，却一事无成。昔人有“青春作赋，皓首穷经”之讥。坐冷板凳者，青春之赋未作，皓首之经难穷，转眼间廉颇老矣！不如五子登科差强人意。

物理学的基本理论是否已经穷尽，未来的物理学家是否只能在应用技术上有所作为？例如受控热核，1959年，在下曾经参观苏联在成都办的原子能展览馆，苏联的物理学家曾断言，受控热核将在上世纪70年代中后期实现。他们过于乐观了，受控热核反应至今未能实现。除了技术问题，是否还有基础理论问题？热核反应究竟能否受控？能的原理是什么？不能的原理又是会么？

万有引力是何时产生的？是大爆炸时产生的还是以后产生的。万有引力是不是能量？如果是能量，必须遵守能量守恒定律。这就引出一个悖论。悉知，物体间的引力，与物体质量成正比，与距离平方成反比。物体的质量是固定的，照今日的宇宙说，宇宙在不断膨涨，物体间的距离不断加大，宇宙引力总量将不断减小，以致趋于0？

引力既称波，每一星体，有没有固定的波长，波频？如果有，一个星体对另一星体，能否实现调频，就像收音机，电视机一样，如此，就可以借助引力调频，排除其他星球引力干扰，直接飞向这一星球？则宇宙航行，就不用自带动力，想到哪儿去，就到哪儿去。