超距作用 百科内容来自于: 百度百科

超距作用是指物理学历史上出现的一种观点,1982年由Alain Aspect和他领导的研究团队所证实。超距作用认为(至少在早期):相隔一定距离的两个物体之间存在直接的、瞬时的相互作用,不需要任何媒质传递,也不需要任何传递时间。前人的观点在本词条内有以太论、牛顿的观点、法拉第的观点,以及宇宙全息论,另见量子纠缠和量子通讯。

以太论

早在牛顿以前,对于物体之间的作用就存在两种对立的猜想:一种认为物体之间除了通常的接触作用(拉压、冲击)之外,还存在超距作用;一种认为物体之间的所有作用力都是近距作用,两个远离物体之间的作用力必须通过某种中间媒介物质传递,不存在任何超距作用,这种中间媒质被称为以太(见以太论)。当时的大多数自然哲学家认为超距作用带有神秘的色彩,而倾向于近距作用观点。

牛顿观点

1686年,牛顿发表了他根据J.开普勒行星运动定律得到的万有引力定律,并用以说明了月球和行星的运动以及潮汐现象,这是一项伟大的发现。看起来,牛顿的引力定律似乎支持超距作用观点,但是牛顿本人并不赞成超距作用解释。他在给R.本特利的一封著名的信中写道:“很难想象没有别种无形的媒介,无生命无感觉的物质可以毋须相互接触而对其他物质起作用和产生影响。……引力对于物质是天赋的、固有的和根本的,因此,没有其他东西的媒介,一个物体可超越距离通过真空对另一物体作用,并凭借和通过它,作用力可从一个物体传递到另一个物体,在我看来,这种思想荒唐之极,我相信从来没有一个在哲学问题上具有充分思考能力的人会沉迷其中。”牛顿本人倒是倾向于以太观点的,他在给R.玻意耳的信中私下表示相信,最终一定能够找到某种物质作用来说明引力。但是他对于以太的具体设想与当时颇有影响的R.笛卡儿观点只是在细节上有所不同。

以太之争

超距和近距两种对立观点在18世纪初争论十分激烈。法国的笛卡儿主义者在反对超距作用的同时,不恰当地否认了引力的平方反比定律,这就引起一些年轻的牛顿追随者起来捍卫牛顿的学说,并强烈地反对包括以太在内的全部笛卡儿观念。
1713年牛顿的著作《自然哲学的数学原理》第二版问世,牛顿的追随者R.科茨写了一篇序言,从哲学方法上推崇牛顿学说的意义,并花了很大的篇幅攻击以太论。这篇序言把牛顿的引力定律看作是超距作用的典范(虽然他没有使用“超距作用”一词),并把它说成是实验事实的唯一概括。
由于引力定律说明太阳系内星体的运动获得极大的成功,而探索以太并未获得实际结果,超距作用观点得以流行开来。J.L.拉格朗日、P.S.M.拉普拉斯和S.-D.泊松等人从引力定律发展出数学上简单而优美的势论,更为有利地支持了超距作用的观点。于是,超距作用观点盛行起来,并被移植到物理学的其他领域,早期的电磁理论也是超距作用理论。整个18世纪和19世纪的大半,超距作用观点在物理学中居统治地位。一些持超距作用观点的物理学家曾对物理学的发展作出不少贡献。

法拉第

19世纪30~40年代,M.法拉第对于电磁现象的实验研究作出了卓越的贡献。他的实验研究的丰硕成果对以后的科学发展起了巨大的推动作用。法拉第反对超距作用观点,并对之进行批判。他用“力线”描述磁极之间和带电体之间的相互作用,指出这些力线在空间是一些曲线而不是直线,因此,电的或磁的相互作用就不会是超距作用所想象的那种直接作用;他研究了插入的电介质对带电体之间的电力强度的影响(1837),认为这种影响表明电力的作用不可能是超越距离的直接作用,同样的效应在磁现象中也发生;他还根据他所发现的电磁感应现象(1831)指出,仅有导线的运动事实不足以产生电流,磁铁的周围必定存在某种“状态”,导线就是在其区域内移动才产生感应电流;此外,他对于磁光效应的研究(偏振光振动面的磁致旋转,1845)使他相信光和电磁现象有某种联系,他甚至猜测磁效应的传播速度可能与光的速度有相同的量级。

被淘汰

法拉第的“力线”思想及开尔文将电磁“力线”同流体流动所作的数学类比深深地打动了年轻的J.C.麦克斯韦。1856~1865年,他致力于将全部已知的电磁现象概括为统一的理论,得到了今天成为电磁学基础的数学方程组,并由此推论得出存在以有限速度传播的电磁波,其波速就是光速。1887年,H.R.赫兹完成了观察电磁波的著名实验,确认了麦克斯韦电磁理论的正确性;1898年A.M.李纳和E.维谢尔分别提出了推迟势,为电磁作用以有限速度传播找到了确切的表示。至此,超距作用观点在电磁学领域内已为多数物理学家所抛弃。
1905年A.爱因斯坦的狭义相对论确立了崭新的时空观,并指出真空中的光速是一切物理作用传播速度的极限,这就在整个物理学中排除了瞬时超距作用的可能性。1916年爱因斯坦建立广义相对论,广义相对论把牛顿引力定律作为一种近似保留下来。根据广义相对论,物体振荡时辐射引力波,引力辐射也是以光速传播的;双致密星由于引力辐射其能量衰减(称为引力辐射阻尼),导致其转动周期变短。1979年J.H.泰勒等人报道了他们对射电脉冲双星PSR1913+16四年多的监视性观测,确认了它由于引力辐射阻尼引起的转动周期稳定地变短确实存在,对于引力波的存在是一个很好的支持。

目前情况

目前已认识到自然界基本相互作用有四种:引力相互作用电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用。后两种基本相互作用,也和前两种一样,是通过场而作用的。
早期的超距作用认为作用是瞬时的,这一点在后来曾有所修改。有些物理学家提出“延迟超距作用”,认为源对某一粒子的作用是延迟了一段时间 r/с的超越空间的直接作用,其中r是源和粒子之间的距离,с为真空中的光速。这种修正了的超距作用观点在说明某些现象时与场作用观点是等效的;但是,在说明另一些现象,特别是正反粒子的湮没时显得牵强附会。因此,它并未被一般物理学家所接受。

参考书目

S.E.Whittaker, A History of the Theories of Aether and Electricity,T.Nelson and Sons,London,1951.
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