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1、论莱布尼茨对真空的研究莱布尼茨生活于被科学史家誉为天才的世纪的17世纪,与开普勒、伽利略、笛卡尔、帕斯卡、波义耳、牛顿等科学巨匠处于科学史上的同一个时代。详细内容请看下文莱布尼茨对真空的研究。莱布尼茨不仅是一位伟大的数学家和哲学家,而且是近代一位(也许是唯一一位)可比肩亚里士多德的百科全书式学者。他在自然科学以外的其它人类理智领域,比他同时代的其他科学巨匠取得了更多的成就。他被誉为德国的科学、哲学之父,还在神学、技术发明、法学、历史学、语言学、政治学等诸多领域都有着堪称同时代一流的建树。西方的一位学者曾这样评价:莱布尼茨可能是近代世界最全面的天才,触及了现代知识的几乎每一个分支。他是最
2、后一位希望掌握现代知识的所有领域,并且是百科全书式人物的人。也许正因为莱布尼茨所涉及的研究领域过于宽泛、庞杂,他的许多研究成果的重要价值在相当长时间内未得到重视,譬如他对真空问题的研究。尽管由于当时的客观条件所限,莱布尼茨在真空研究中更多的依靠科学的猜测和哲学的思辨,但其结论竟与200多年后的科学大师爱因斯坦、狄拉克等人对真空研究的成果暗合,确是令人不得不感叹其思想之天才。1真空问题的历史脉络对真空问题的研究及争论可追溯到古希腊。德谟克利特等原子论者认为,世界是由原子和虚空构成的,提出了真空这一命题;而亚里士多德则认为,宇宙中充满了以太,因而真正的虚空是不存在的,他的名言是大自然厌恶真
3、空。这可以说是人类对真空问题探讨和争论的源头,并一直延续至今。不过,在这里有一点必须指出,真空的概念是有歧义的,有所谓物理真空和哲学真空(或称形而上学真空)之分,而物理真空又有经典真空与量子真空之别。历史上对真空概念不同时期也各有侧重,古希腊的真空概念更多是哲学意义上的,偏向于虚空、虚无的含义;17世纪的真空概念是物理真空和哲学真空两者兼而有之;而现代的真空概念更多地是指物理真空。当然,物理真空和哲学真空的概念区分并不是完全清晰的,也无法成为在该领域严格区分科学问题和形而上学问题的依据,真空问题依然是(也许会永远是)科学、形而上学纠缠在一起的一个前沿领域。基本物理常数是物理学中的一些普
4、适常数，是人类在探索客观世界基本运动规律的过程中提出和确定的基本物理常量。详细内容请看下文基本物理常数的科学认识。常数与自然科学的各个分支有着密切的关系，在科学理论的提出和科学试验的发展中起着很重要的作用。基本物理常数包括牛顿引力常数G、真空中的光速C、普朗克常数h、基本电荷e、电子静止质量Me、阿伏伽德罗常数Na等。物理学中许多新领域的开辟以及重大物理理论的创立，往往与相关基本物理常数的发现或准确测定密切相关。基本物理常数描绘和反映了物理世界的基本性质和特征，它们为不同领域的区分提供了定量的标准。基本物理常数的测定及其精度的不断提高，经历了漫长的历史时期，生动地反映了实验技术和测量方
5、法的发展与更新，现在，许多基本物理常数的精度已达10-6量级，有的甚至达到10-8～10-10量级。本文限于篇幅，仅以光速C和普朗克常数h为例来说明。光速是光波的传播速度，原与声波、水波等的传播速度类似，并不具有任何特殊的的地位。但细分析起来，光速也似乎确有一些特殊之处。其一是光速的数值非常大，远非其他各种波动速度所能比拟;其二是光波可以在真空中传播，而其他波动则离开了相应的弹性介质便不复存在，由此引来了关于以太(假想的弹性介质)的种种争论。1865年麦克斯韦建立了电磁场方程组，证明了电磁波的存在，并推导出了电磁波的速度C等于电流的电磁单位与静电单位之比。1849年斐索用实验测出光在空
6、气中的传播速度为C=3.14858108米/秒。分属光学和电磁学的不相及的两个传播速度C电磁波与C光波之间出乎意料的惊人相符，使麦克斯韦立即意识到光波就是电磁波。于是，以C为桥梁把以前认为彼此无关的光学与电磁学统一了起来。同时，由于电磁波传播依赖的是电磁场的内在联系，无需任何弹性介质，使得以太的存在和不存在没有什么差别，不需要强加在它身上种种性质。至此，光速C的地位陡然升高。麦克斯韦电磁场理论揭示了电磁场运动变化的规律，统一了光学与电磁学，开创了物理学的新时代。但同时它也提出了新的更深刻的问题：麦克斯韦方程组只适用于某个特殊的惯性系还是适用于一切惯性系。如果麦克斯韦方程组只适用于某个特
7、殊的惯性系，则不仅违背相对性原理，且该惯性系就是牛顿的绝对空间，地球相对它运动将受到以太风的吹拂，然而试图探测其影响的Michelson-Mor1ey实验却得出了否定的结果。如果麦克斯韦方程组适用于一切惯性系，则根据伽利略变换得出的经典速度合成规律，在不同惯性系中的光速应不同，甚至会出现违背因果关系的超光速现象，也难以解释。总之，对于麦克斯韦电磁场理论，伽利略变换和相对性原理之间存在着不可调和的深刻矛盾。直至1905年Einstein以相对性原
