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[转]玻尔与爱因斯坦  

2014-06-10 09:22:51|  分类: 科学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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海森伯的测不准原理及玻尔的并协性概念,构成了量子理论的物理诠释的进一步工作的基础,它们是后来众所周知的量子理论的哥本哈根诠释的两根主要支柱。

	然而在1927年,玻尔认为,哥本哈根诠释决非一个完整的思想体系,还需要进一步分析,作根本性修正。尽管玻尔对他的思想所作的细致的阐述,取得了各种进展,仍然有不少物理学家对量子理论的哥本哈根诠释持反对态度。这种反对一部分是玻尔表述他观点的风格所引起。在与人交谈是,他的思想表述得清晰而直截了当,颇令人信服。但在他写作时,却更注重于词义的细微差异,逐字推敲。这就不可避免使某些物理学家和科学的哲学家责难他思想含混和晦涩。法国的物理学家德布罗意就是其中一位,他认为玻尔的思想为北方的迷雾所覆盖。
	在哥本哈根诠释的反对者行列中,为首的是爱因斯坦。德布罗意和薛定谔这些物理学家试图发展一种更为吸引人的看法,以代替哥本哈根诠释,而爱因斯坦则与他们不同,他是一个干脆摒弃量子理论基本哲学思想的人,根本不想提出任何确切的反建议。爱因斯坦认为,量子理论的统计性是由于这个理论未能对物理现象提供一个完备和协调的描述。他相信进一步发展会展现一个更深刻的理论,在这理论中,原子尺度上的事件可以被确切预言,而不只是几率。物理学会重新回到人们所熟悉的经典理论的因果性描述。
爱因斯坦想推翻量子理论的哥本哈根诠释的尝试,始于1927年的索末尔会议。但认真地对待这问题则是在1930年10月于布鲁塞尔举行的下一次会议上。爱因斯坦的战略仍未改变。在这两次会议之间的几年里,他设计了一系列聪明的理想实验,用来阐明测不准原理可以违反。作为哥本哈根诠释的核心或关键,测不准原理如果被证明在单个事件中不成立,则他相信,量子理论就只是一个不完备的理论

爱因斯坦与玻尔的讨论,通常在大会上午的会议上开始,而到晚上在他们旅馆中的非正式会议上,又继续下去。在这次大会上,爱因斯坦向哥本哈根学派提出的最厉害的挑战,是称为“光匣”(lightbox)的理想实验。这个匣子中充满了辐射,在其一壁上装有一个用时钟装置控制的快门。在匣子发出一个光子之前和放出光子之后,分别测定匣子的重量。爱因斯坦论证,释放光子过程的时间间隔可以用时钟机构精确测定,而光子的能量也可量而任意精确地测定——这样,就显然违反了测不准原理。这个场面的目击者,比利时物理学家罗森菲尔德写道:“面对这一问题,玻尔感到十分震惊。他不能马上找出这问题的答案。整个一晚上他都感到极度不快。他从一个人走向另一个人,企图说服他们这情况不可能是真实的,而且指出,如果爱因斯坦正确,则将是物理学的终结;但玻尔提不出任何反驳。我永远也不会忘记这两个对手在离开俱乐部时的身影。爱因斯坦,一个高高的庄严的形象,而玻尔则在他身旁快步走着,非常激动。他徒劳地辩护说,如果爱因斯坦的装置能够运转,这将意味着物理学的终结。”

经过了一个不眠之夜,第二天上午玻尔喜气洋洋来到大会上。他已找到了问题的答案,从而拯救了量子理论。按照爱因斯坦的广义相对论,玻尔能够证明,在称重量过程中匣子在重力场中的位移,会干扰控制光子发射的时钟装置的速率,从而导致一个误差,这正是满足测不准关系所需要的数量。玻尔运用广义相对论,掉头来反击它的创立者,从而维护了量子理论。
尽管玻尔能成功地揭露出每一个这样的理想实验的弱点,爱因斯坦还是不愿承认量子理论及其哥本哈根诠释是最后的答案。在后来一些年中,他写道:“可以相信这在逻辑上是可能的,是没有矛盾的。然而它与我的科学直觉如此背道而驰,我不能放弃找寻一个更完整的概念的研究。”

在爱因斯坦看来,物理实在是受不依赖于人而存在的因果律所支配,物理学的目的就是去发现这些规律。用概率语言表达的物理理论,不能对自然现象作完全决定论的描述,在最好的情况下,也只能是物理学发展进程中一个暂时的权宜之计。“上帝并不掷骰子”成了他的名言和终身的信念。对此,玻尔只能回答说:“去预言上帝如何摆弄这个世界,也不是我们的事情。”玻尔认为,先入为主的看法和往日的概念,已不能再当成理解物理实在的可靠指南。对于玻尔来说,物理学定律是人们对自然界感觉的扩展。物理学中的逻辑和数学并非有待发掘的客观物理世界的一个内含部分,而是物理学家用以传达他对自然界的知识的人类语言的精炼。经验已经朴实地告诉人们,量子理论连同其概率语言,是描述原子尺度上的唯一恰当的手段。

由于对量子理论的哲学感到深深不满,多年以来,爱因斯坦变得愈来愈置身于物理学物理学发展主流之外,显得孤独。正如一位传记作家说的:“在日益增长的不满情绪中,爱因斯坦引退了。他置身于物理学发展主流之外,造成了他晚年的悲剧气氛,甚至他最忠诚的朋友也无法驱散它。”对于玻尔来说,由于他未能赢得爱因斯坦转向量子理论,他终身引以为憾。另一方面,玻尔认识到,从爱因斯坦的反对中他获益非浅。在他思维的每一步发展过程中,来自爱因斯坦的强有力的心灵的微妙的批评,激励着他去更完美地表达他的思想。有一位物理学家写道:“爱因斯坦看起来始终是他精神上争论的主要伙伴。”多年以来,玻尔化了大量时间去把这些新思想表述得更加完善,并探索其全部含义。

玻尔与爱因斯坦的长期争论,尽管对科学的哲学发展关系重大,但对大多物理学家来说,对二十世纪物理学的这两个巨人之间的斗争,却没有多大兴趣。更富于实用主义精神的物理学家则远不介入这问题,也不涉及这些哲学课题去另蹊径。他们最关心的是量子力学管用,而且颇为得心应手。以简单地通过测量匣子的重。玻尔运用广义相对论,掉头来反击它的创立者,从而维护了量子理论。

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