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为何，上述的方程式，如爱丁顿所说的，似乎就是或几近于物理世界中每个事件的根本（参阅上引书第207
页）。
的能量与频率的不变关系。
两个振荡很快、以至不能看见的波，可以因为相互干涉，而产生表现为
光的一些“拍”，正如两个音调相差不远的声音，可以产生音调比任何一个
都低的拍一样。在含有一质子与一电子的氢原子里，波一定依照方程式的规
定而存在。而薛定谔发现，只有在确定的频率，即与观察到的谱线相同的频
率的情况下，这些方程式才有解。遇到较复杂的原子，玻尔学说本来已经失
去效用，薛定谔却还能求得频率的正确数目，以解释光谱的现象。
如果薛定谔的波群中的一个很小，则无疑地可以指出表现这个波群的电
子的地位。但随着群的扩大，电子可在波群之内任何地方，因此位置便有某
些不确定。这些原理在1927 年由海森堡加以推广，后来又由坡尔加以推广。
他们发现：愈是想把质点的位置测定得精密些，则其速度或动量的测定将愈
不精密；反之，愈是想把质点的速度或动量测定得精密些，则其位置的测定
将愈不精密。总之，我们对于位置的必然不确定度与对于动量的不确定度相
乘，无论如何近似地等于量子常数h。要同时确定两者的想法，似乎在自然
界中找不到对应的东西。爱丁顿将这一结果叫做测不准原理，并且认为这一
原理与相对论有同等的重要性①。
新量子力学在习惯于革命的物理科学中又掀起了革命。海森堡、薛定谔
和其他学者的数学公式是等价的。我们如果满足于这些数学方程式，对于这
个理论便会有相当的信心。但是这些方程式所根据的观念，以及某些人给与
它们的解释，却根本互不相同。我们很难说这些观念与解释可以维持很久，
不过表现这些观念和解释的数学却是一个永久的收获。
古典力学已经成为量子力学的极限情况，古典力学之所以不能解释原子
结构，是由于波长与原子的大小相近，正象当光束的宽度，或其行程中所遇
的障碍物的大小与波长相近时，几何光学中所说的直线光束，也就失却其意
义一样。即使在这时，要把量子力学与古典动力学与麦克斯韦的电磁方程式
以及与万有引力的相对论联合起来，似乎也有可能。如果能够把知识作这样
广泛的综合，这种理论将成为自然科学中有历史意义的伟大综合之一。
薛定谔的理论必须联系电子的实验来考虑。这些实验，如德布罗意的理
论所表示的，证明一个运动的电子伴随有一系列的波。汤姆生的微粒，起初
被看做是漫无结构的质点，继后被认为是电子，一个阴电的简单单位，不管
这具有什么意义。但到了1923 年和1927 年，戴维森（DaviSSon）与耿斯曼
（Kunsman）以及戴维森与革末（Germer，当时在美国工作）先后使运动缓慢
的电子自晶体的表面反射，而发现它们具有波动系统的衍射性质①。同年稍
后，J。J。汤姆生爵士的儿子乔治·汤姆生以一电子束通过一个异常之薄的，
比最薄的金箔还薄的金属片。我们知道，质点流会在薄片后面的底片上产生
一块模糊的影象，但波长与薄片厚度相近的波，会产生明暗相间的圆环，与
光线通过薄玻璃或肥皂膜所产生的衍射花样相似。事实上，乔治·汤姆生所
得到的确是这种圆环。这说明，运动的电子伴有一列的波，这些波的波长仅
是可见光的波长的百万分之一，而与有相当贯穿力的X 射线的波长相近①。
①
A。S。Eddington；上引书220 页。
①
FhysicalReview； XXⅠ，1923，p。243；and Nature； CXIX；1927；P；558。
G。P。Thomson； Proc； Roy； Soc； A CXVI；1928，P。600。并看J。J。Thom…son；Beyond the Electron； Cambridge；
①
1928。
根据理论，如果电子伴有一列的波，则电子必须和这些波作协调的振动。
因此，电子也必有它的结构，它也绝不再是物质的或电的最小单位了，即令
在实验中也应该是这样。于是人们开始想象还有更小的部分。数学的研究表
明，电子的能量与波的频率成正比，而电子的动量与波长的乘积为一常数。
由于原子中仅有某些波长与频率，所以，电子的动量也只能有某些数值，并
且不是连续地增加，而只能突跃地增加。这个非连续性的表现使我们又回复
到量子论。
要解释乔治·汤姆生的实验，就需要假定电子具有双重性质：既是质点
（或电荷），又是波列。上面说过，薛定谔走得更远，而认为电子是一种波
的系统。波的性质是不确定的。波必须符合某些方程式，但可能不具有机械
式的运动。而这些方程式可能只符合概率的交替，这一项在正常波里，度量
位移量，可以给出电子出现在某一给定点的概率（机遇）。
于是在原子被分为电子之后三分之一个世纪，电子又被分为一未知的辐
射源或一无形体的波动系统了。昔日的坚硬而有质量的质点的最后一点痕迹
已经消失，物理学的基本概念似乎已经归结为数学方程式了。实验物理学家，
特别是英国人，对于这种抽象概念很是感觉不安，企图设计一种原子模型，
而从机械或电的角度去表达这些方程式的意义。但牛顿早已见到，力学的最
后基础绝不是机械的。
化学
光线传播需要时间，是丹麦天文学家勒麦（OlausRomer）在1676 年发现
的。勒麦发现木星的一个卫星两次被食之间所经历的时间，在地球背木星而
行时较长，在地球向木星而行时较短。他由此估计光速为每秒192，000 英里。
五十年后，英国皇室天文学家布莱德雷从恒星的光行差求得与此一致的
结果。从地球轨道面上的远星看地球，好象每年左右摆动一次，在相继的两
个半年中，它的摆动方向是相反的。如果这颗星射出的光线击中地球，那么
这条光线的瞄准方向必须在地球的前面少许，正如射击飞鸟必须瞄准飞鸟的
前面一样。所以，如果星光现在射到地球真正位置的右边，则六个月以后便
会射到它的左边。这意味着：我们在不同的时季所看见的远星射来的光线，
不是互相平行的，在一年内看见星好象在空间往返运动。从这个表面的运动，
可以计算光速与地球在其轨道运行的速度之比。
斐索（Fizeau）在1849 年首先对光经过地球上的短距离的速度作了测
量。他将一束光通过齿轮上两齿间的凹处，再于三、四英里之外，用反光镜
将光反射回来。如果齿轮不移动，则反射回来的光束通过轮上的同一凹处，
可在对面看到。但如果将齿轮急速转动并调节其速度，则最后可找到一个速
度，使射回的光束恰被下一个齿轮所遮住。齿轮旋转这个小角度所需的时间，
显然即是光束往返于齿轮与反光镜之间所经历的时间。
弗科设计了一个更好的方法。使从S 缝（图14）射出的光束略成会聚的
形式，然后在平面镜R 上反射，而聚焦于凹面镜M 上。
这束光由M 循原点射回。如果R 是静止的，则S 缝的影象将形成于S 缝
的本身上。
①
A。Einstein；Vier Vorlesungen uber Relativitatsthearie； Braunschweig，1922；The Meaning of Relativity； London，
1922。A。S。Eddington， The MathemalicalTheory of Relativity； Cambridge，1923and1924。
然后以已知的速度使R 急速转动，当光线住返于RM 的距离时，R 镜已经
转过了一个小的角度，因此光的回程RS’与RS 不复叠合，而转动了二倍于R
镜所转的角度。于是测量SS'间的距离，便可计算光往返于RM 间所需的时间。
光速最新的测量结果，比从前测量的稍小，即在真空内，为每秒186，300 英里或2。998x l0 厘米，或在1/1000 的误差内取为3x10 厘米①。
如果的确有光以太那样性质的东西，那么由于它对于通过它的光要产生
影响，显然应该可以测定其运动。如果地球在以太中运动，而不扰动它，则
地球与以太之间必有相对运动。那么光随以太顺行时，其速度必较其反以太
逆行时为大；而总计起来，它往返401 横过以太流时，也当较其一次顺流、
一次逆流时为大。好象游泳一样，往返对岸一次，必较顺流、逆流同游相等
距离的情形为速。
这就是迈克尔逊（Michelson）和莫利（Morley）在1887 年所作的有名
实验的要点。他们将一块石头浮于水银之内，然后将仪器装置在石头上面，
以防振动。光束SA（图15）行至玻璃片A 时，一部分为其所反射，一部分透
射过去。这两部分光在B 和D 处又为B 与D 两镜所反射。如果AB＝AD，则两
道光的行程也相等，而在E 处的望远镜内必可察见有干涉效应。今若设想地
球朝SAD 方向运动，而不拖曳以太同行，那么以太将流过实验室，也如风之
流过树林，于是将使光经过ABA 与ADA 两行程的时间发生差异，而所得的干
涉条纹，将和以太相对静止时不在同一位置。今若将这仪器转过一个直角，
则AB 成为运动的方向，而AD 和它垂直，这时，干涉条纹应向相反方向移动。
移动的总量为以上所说的两倍。
但是迈克尔逊和莫利并没有观察到干涉条纹有可以度量的移动，于是断
定地球与以太之间并无可以察觉的相对运动。重复做402 这个实验的结果表
明，在他们的假设下，这种相对运动，必然小于地球在其轨道上的速度的十
分之一。地球好象拖曳着以太同行。
可是在以光行差计算光这时，我们假设以太不被地球在以太中的运动
所扰动。而且洛治1893 年在两个以（或超过）最大安全速度转动的重钢版之
间，测量光的速度，也未发现光这有任何改变。由此可见，质量这样大的东
西并不拖着其附近的以太同行。那末光行差的理论和从洛治实验中得出的推
断，似乎又和迈克尔逊及莫利的实验结果完全不一致了。
当我们得到这样相反的结果时，如果我们还相信自然的统一性，使我们
就可以断定：我们的实验和我们对于起作用的原因的看法，总有一个发生了
错谬；一个富有兴趣而且必需的观念上的革命就在我们的眼前，只看我们能
否领悟。
解决这个矛盾的第一个有用的看法是菲茨杰拉德（G。F。Fitz…Gerald）提
出来的，又经过拉摩与洛仑兹加以发展。如果物质在根本上是带电的，或者
物质的确是靠电力结合在一起的，那么，物质在带有电磁性的以太中运动时，
在其运动的方向上或有收缩的可能。这种收缩除上述的现象之外，别无他法
观察；一则因为效应太小，再则因为我们用以测量的尺度本身也受同样的收
缩，因而在其运动的方向上，长度的单位也变短了。所以迈克尔逊与莫利的
仪器，于转变方向后，也变更其大小，以至与地球经过以太时所产生的干涉
①
M。E。J。G。de Bray，“TheVelocityofLight”Isis，No。 70； 1936。p。437。
条纹的移动相抵消了。
这种必需的收缩是容易计算的。物体在以太流的运动方向上将按
1
（1 …v2 /c2）2 的比例收缩，式中V 为物体和以太的相对速度，c 为不变的光速。
地球在其轨道上的速度为光速的万分之一。如果在一年的某时这是它经
过以太的速度，则迈克尔逊与莫利的仪器于转动一直角时将收缩二万万分之
一，这种微量的改变足以解释他们的结果。
这个问题停顿在这里若干年。无论其原因何在，所有测量光速的企图，
不管是以太流顺行或逆行，都得到相同的结果，即测得的速度没有可以觉察
的改变。
1905 年，爱因斯坦教授对于这问题，从另外一个完全新颖的方向加以考
虑。他指出：绝对空间与绝对时间的概念是想象中的虚构，一种形而上学的
概念，而不是直接由物理学的观察和实验得来的。我们经验所能及的唯一空
间，是用尺度上二刻度间的距离所规定的长度标准来测量的，唯一时间是用
天文现象所规定的时钟来测量的。如果我们的标准也发生了菲茨杰拉德收缩
这样的变化，这种变化是我们觉察不到的，因为我们和这些标准一道前进，
也发生相同变化，但是，以不同方式运动的观察者却是可以觉察到这种变化
的。所以时间与空间，不是绝对的，而只是与观察者相对的。
这样看来，用任何仪器、在任何情况下测量，所得的光速总是一样