原子論的歷史和現狀：對物質微觀構造認識的發展

第一章 古代原子論思想
1.1 什麽是物質的本原？
1.2 從種子論到原子論
1.3 「物質可分論」未必是原子論
1.4 「物質無限可分論」符合辯證法嗎？
第二章 近代原子論的復興
2.1 伽森鈥和原子論的復興
2.2 玻意耳和牛頓的氣體靜態模型
2.3 伯努利的氣體動態模型
2.4 首爾頓和化學原子論的確立
第三章 從氣體動態原理論到統計物理學
3.1 兩位先生者赫拉帕斯和瓦特斯頓
3.2 氣體動態理論的發展
3.3 玻爾茲曼和統計物理學的建立
3.4 分子大小和布朗運動
第四章 微觀物理學的誕生
4.1 電子發現的前後
4.2 放射性的發現和決定性的危機
4.3 量子概念的提出和連續性的突破
4.4 從盧瑟福的原子模型到玻爾的子論
第五章 微觀粒子量子力學描述
5.1 德布羅意波及其反響
5.2 海森伯的矩陣力學和薛定諤的波動力學
5.3 從愛因斯化光的二象性到玻恩對波函數的概率詮釋
5.4 第一種非經典的內稟變量——自旋
第六章 從中子發現到同位旋的建立
6.1 核物理學的發展和中子的發現
6.2 狄拉克方程和正電子的發現——1932年跡年
6.3 泡利提出中微子徦說和弗 濾ケ淶牧孔映÷
6.4 力，介子和第一種內稟空間——同位旋
第七章 量子場論的發展和新粒子的發展
7.1 量子場論的發展
7.2 粒子「動物園」的建立和管理
7.3 中性K介子問題
7.4 電磁場的各種量子狀態
第八章 在追求統一的道路上
8.1 從規范理論到電弱混合模型
8.2 標准模型前後
8.3 從超對稱、超弦到M理論
8.4 量子物理學和經典物理學的統一
第九章 從物質構成到特質生成論的演變
9.1 物質粒子是生成的而不是構成
9.2 關於生成論和辯證法的討論
9.3 沒有任何物理學規律支持「物質無限可分」
9.4 20世紀的微觀物理學已經從構成論演變成生成論
附錄 現代物理學中的因果性和決定性
A1 經典物理學中的因果性和關聯
A2 量子物理學中的因果性和關聯
A3 三種類型的統計決定性
A4 規律性、決定性和因果性辨析
基本參考文獻
人名索引

2002年年底，同我在北京大學物理系一起度過十載寒窗的老同學夏建白君為《現代物理前沿叢書》向我約稿，指定我要負擔現代物理學史方面的一項選題。起初，我想到那年春天剛剛在武漢出版社印行了一本當代量子力學史的專著《一代神話——哥本哈根學派》，覺得一時未必能夠找得到合適的相邀，那就只得從命了。極的呼應。但是，後來編委會進一步盛情相邀，那就只得從命了。

恰好那一陣有機會同我的兩位朋友董光璧君和金吾倫君對後者提出的「生成論」學說展開了廣泛的討論，並且讀到了金吾倫的著作《生成哲學》和董光璧為這本書作的序言。在他們的啟發下，我亦把一些初步觀點寫成了一篇論文《從現代物理學看構成論到生成論的轉變》發表（載《自然辯證法研究》，18卷11期，2002年）。於是，我就決定將從這一角度談論20世紀里原子論觀念的演變，作為本書的話題。大家知道，在19世紀末20世紀初，原子論被物理學界普遍接受之時，原子的概念已經不是自古以來那種「不可分，不可變」的組成物質的單元了。

本書的副標題「對物質微觀構造認識的發展」，標明了我們集中討論的是現代物理學里對於物質世界如何「構成」或者「造成」的觀念上的演進。這里的「構成」，指的是物質是由各種現成的組分聚合構建而成的觀念；而「造成」實際上也就是「生成」，指的是物質的各種組分都是在有關過程中產生而不是事先就存在著了的觀念。書中在前面三章給出原子論前期歷史的鋪墊之後，後面的六章敘述的是在20世紀里微觀物理學，包括從原子物理到原子核物理再到基本粒子物理的實驗和理論從創始到新近的發展，並且引申出對於其中所蘊含的深層道理的議論。結果，就寫成了這本《原子論的歷史和現狀》。在本書最後一章和附錄里，還對有關論題作了一些發揮，就現代物理學以及構成論和生成論的問題在科學、歷史、哲學這幾個層面展開進一步的討論。

可能會有些讀者覺得，書中的議論是否多了一點。但我以為，講歷史的著作除了「史料」的陳述之外，還應當包括作者的「史論」，即對歷史人物和歷史事件的評論，甚至對整個歷史時期和整部歷史的看法。科學史著作亦不例外。脫離史實的空頭議論固然是無源之水和無本之木，簡單地扣上幾個什麽「主義」的帽子、或者凡事都要說出「甲乙丙丁」的「開中藥鋪」的寫法亦令人生厭，但單純的史料輯錄也只能算作資料的整理和匯編。我很欣賞英國哲學家羅素的《西方哲學史》。這部著作沒有追求史料的詳盡和完整，而是對各個哲學家和各種學說展開了許多精彩的議論，使我受益良多。在本書里面，亦引述了羅素關於古代原子論和其他問題的一些見解。當然，我並不奢望所有讀者都會同意和支持本書中的觀點，但那至少提供了思考現代物理學基本問題的一個不同的視角，為「百家爭鳴，百花齊放」的園地增添一點色彩。何況，書中有多處的引證，這些觀點亦是以不少國際理論物理學大師的意見為依據的。

由於篇幅的限制，也由於叢書主要面向的修習物理科學的大學生、研究生和青年教師，書中沒有細致地描述一些關鍵性實驗，也沒有詳細地介紹各種新的理論方法。要了解這些方面的知識，可以參看有關的教科書和專著。由於同樣的原因，也為了節省篇幅和考慮到查閱的困難，本書里很少數派列出有關的原始文獻，所引述的多是與本書相適應的、讀者比較容易找到的中等層次的科學讀物。

因為出版計划的調整，《現代物理前沿叢書》後來並入了《北京大學物理學叢書》，成為其中的《理論物理專輯》。我很高興能夠有這個機會為母校的出版事業盡一點綿薄的力量，並且感謝在物理學和哲學上都賦有高度修養的、北京大學出版社的顧衛宇小姐的真誠合作。

最後，作者對董光璧教授和金吾倫教授多次有益的討論，以及夏建白教授和王正行教授對書稿提出的寶貴意見表示衷心的謝意。我還感謝方在慶教授和邵昕小姐在借閱資料上的幫助。

關洪
2006年2月於廣州