(7)-s索爾維會議自然科學(xué)導(dǎo)論

索爾維會議物理學(xué)界的神仙聚會suǒěrwéihuìyì何為索爾維會議？索爾維會議是20世紀(jì)初一位比利時(shí)的實(shí)業(yè)家歐內(nèi)斯特·索爾維創(chuàng)立的物理、化學(xué)領(lǐng)域討論的會議。第一屆索爾維會議舉辦于1911年，大會的金主爸爸是當(dāng)時(shí)比利時(shí)的實(shí)業(yè)家歐內(nèi)斯特·索爾維，會議名字就是以他命名的。上世紀(jì)的企業(yè)家還是比較存粹的，索爾維十分尊重知識分子，有錢了之后，他也想成為一個(gè)知識分子，奈何天賦有限，成為科學(xué)家不是努力就可以的，于是他就開始為科學(xué)投資，出錢辦一些頂級科學(xué)家的聚會。以后每三年舉行一次此會議。我們要重點(diǎn)講述的是第五次索爾維會議愛因斯坦馬斯克·普朗克亨德瑞克·安圖恩·洛倫茲保羅·朗之萬埃倫費(fèi)斯特狄拉克德拜居里夫人薛定諤海森堡玻爾索爾維會議每3年舉辦一次，索爾維本人的財(cái)富沒能讓歷史記住他，但他卻因?yàn)檫@個(gè)會議而被歷史記住，永垂不朽了，而其中1927年舉辦的第五屆索爾維會議，更是將之推上了巔峰。而一次次的索爾維會議，也漸漸地將當(dāng)時(shí)的科學(xué)世界分成了三個(gè)名門正派。以布拉格，康普頓為首的實(shí)驗(yàn)派以玻爾，海森堡為首的哥本哈根學(xué)派以愛因斯坦，薛定諤為代表的哥本哈根反對派會議過程量子力學(xué)論戰(zhàn)量子力學(xué)產(chǎn)生以來，正確性已被大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。然而，量子力學(xué)存在一個(gè)重大問題沒有解決：量子力學(xué)是否是完備的，波函數(shù)是否精確描寫了單個(gè)體系的狀態(tài)。前奏哥本哈根學(xué)派認(rèn)為：1.波函數(shù)精確地描述了單個(gè)體系的狀態(tài)。2.波函數(shù)提供統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，測不準(zhǔn)關(guān)系的存在是由于粒子與測量儀器之間的不可控制性。3.在空間，時(shí)間中發(fā)生的微觀過程和經(jīng)典因果律不相容。愛因斯坦對此并不認(rèn)同，一個(gè)沒有嚴(yán)格因果律的物理世界是不可想象的。他認(rèn)為：量子力學(xué)可能出了問題。一場世紀(jì)大辯論即將展開。第五屆索爾維會議召開，主題是光子和電子。派系會議分為三派：實(shí)驗(yàn)派：布拉格、康普頓哥本哈根學(xué)派：波爾波恩、海森伯愛因斯坦派：愛因斯坦、德布羅意、薛定諤第一次論戰(zhàn)論戰(zhàn)展開德布羅意說：粒子是波場中的一個(gè)奇異點(diǎn)，波引導(dǎo)著粒子運(yùn)動。泡利狠狠批評這個(gè)理論，舉出一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果反駁德布羅意，德布羅意被迫放棄自己的觀點(diǎn)。海森伯和波恩說：我們主張量子力學(xué)是完備的，它的基本物理假說和數(shù)學(xué)假設(shè)不能進(jìn)一步修改。他們攻擊薛定諤的電子云。薛定諤承認(rèn)自己的計(jì)算不完美，但談?wù)撾娮榆壍朗呛稅垡蛩固拱l(fā)言愛因斯坦終于說話了，他提出一個(gè)模型：一個(gè)電子通過一個(gè)小孔得到衍射圖像。愛因斯坦指出兩種觀點(diǎn)：1.這里沒有一個(gè)電子，只有一團(tuán)電子云。2.的確只有一個(gè)電子，波函數(shù)是“幾率分布”。愛因斯坦反對觀點(diǎn)2，因?yàn)椋哼@種隨機(jī)性表明同一過程產(chǎn)生不同結(jié)果。即感應(yīng)屏的許多區(qū)域同時(shí)對電子觀測作出反應(yīng)。而這似乎暗示一種超距作用，從而違背相對論。吃瓜群眾海森堡的回憶"討論很快就變成一場愛因斯坦和波爾之間的決斗。""我們一般在旅館用早餐就見面，于是愛因斯坦就描繪一個(gè)思維實(shí)驗(yàn)，他認(rèn)為從中可以清楚地看出歌本哈根解釋的內(nèi)部矛盾。""一般來說玻爾在傍晚的時(shí)候就對這些理想實(shí)驗(yàn)完全心中有數(shù)，他會在晚餐時(shí)把它們分析給愛因斯坦聽。愛因斯坦對這些分析提不出反駁，但在心里他是不服氣的。"愛因斯坦的失利愛因斯坦如此虔誠地信仰因果律，以致決不能相信哥本哈根那種憤世嫉俗的概率解釋。"上帝不擲骰子！"但是第一次論戰(zhàn)他輸了。輸給玻爾的哥本哈根學(xué)派。所以愛會消失對嗎三年后的秋天，第六屆索爾維會議在布魯塞爾召開。愛因斯坦的算盤愛因斯坦憑著和玻爾交手的經(jīng)驗(yàn)知道：在細(xì)節(jié)問題上是爭不出個(gè)什么所以然他必須得瞄準(zhǔn)最關(guān)鍵的精髓所在：不確定性原理!第二次論戰(zhàn)愛因斯坦提出光箱實(shí)驗(yàn)箱子里有若干光子。打開時(shí)間Δt，只放出一個(gè)光子，Δt確定于是箱子輕了Δm，可以用理想的秤測出將Δm代入E=mc^2，ΔE也確定ΔE和Δt都確定，測不準(zhǔn)原理ΔEΔt>h/2π不成立這個(gè)實(shí)驗(yàn)的精髓所在是：在精確測量Δt時(shí)，可以精確測量Δm而Δm可以由質(zhì)能方程轉(zhuǎn)化為精確的ΔEΔE，Δt都是精確的，測不準(zhǔn)關(guān)系失效了玻爾對此毫無準(zhǔn)備，他臉如死灰，呆若木雞第二天，玻爾的勝利到來了玻爾指出：一個(gè)光子跑了，箱子輕了Δm用彈簧秤稱，設(shè)置零點(diǎn),設(shè)位移Δq根據(jù)廣義相對論的紅移效應(yīng),箱子在引力場移動Δq，Δt也相應(yīng)改變ΔT可以計(jì)算：ΔT>h/Δmc^2代入E=mc^2得ΔEΔT>h/2πΔq這次輪到愛因斯坦說不出話了愛因斯坦的廣義相對論推翻了他自己。哥本哈根學(xué)派大獲全勝。玻爾又贏了。愛因斯坦并不甘心愛因斯坦不得不承認(rèn)哥本哈根的解釋是沒有矛盾的，量子力學(xué)依靠概率論。但他認(rèn)為這種統(tǒng)計(jì)描述并不是完整的"圖像"。用愛因斯坦自己的話說，量子力學(xué)理論是不完備的，波函數(shù)并不能精確描寫單個(gè)體系的狀態(tài)。它所涉及的是許多體系，只是一個(gè)"系宗"。哥本哈根學(xué)派的統(tǒng)計(jì)描述只是一個(gè)中間階段,應(yīng)當(dāng)尋求更完備的理論。與此類似,玻姆的理論認(rèn)為：量子力學(xué)之所以是一個(gè)統(tǒng)計(jì)理論(哥本哈根派的解釋)，是因?yàn)榇嬖谶€未發(fā)現(xiàn)的隱變量。個(gè)別體系的規(guī)律,正是由它們決定。如果能找出隱變量就可以準(zhǔn)確地決定微觀現(xiàn)象每一次測量的結(jié)果，而不只是決定各種可能出現(xiàn)的結(jié)果的幾率。也就是說，如果發(fā)現(xiàn)隱變量，那么因果律還是存在的，"上帝不擲骰子"。歷史影響愛因斯坦沒有出席第七屆索爾維會議，由于納粹德國的迫害而背井離鄉(xiāng)。而這次會議的主題已改成原子物理。量子力學(xué)的索爾維會議已經(jīng)結(jié)束了。然而事情并沒有就此完結(jié)。1935年，薛定諤發(fā)表論文《量子力學(xué)的現(xiàn)狀》，提出了噩夢般的貓實(shí)驗(yàn)。對此，哥本哈根學(xué)派只能吞下苦水，承認(rèn)那只貓是處于"死活混合"的幽靈態(tài)。他們對此的解釋甚至涉及了"意識"。索爾維會議如一個(gè)歷史舞臺，見證著量子力學(xué)的發(fā)展與存在。愛因斯坦似乎成了"反派”，扮演著與當(dāng)年那些妄圖推翻相對論的人相似的角色。而玻爾經(jīng)受住這些考驗(yàn)，哥本哈根學(xué)派的思想廣泛流傳。他們從光子和電子身上出發(fā)，展開了關(guān)于量子力學(xué)的激烈的交鋒，從波函數(shù)到測不準(zhǔn)原理，從時(shí)空因果律到量子糾纏，最后一根本哈根學(xué)派的勝利而結(jié)尾。各個(gè)學(xué)派之間雖然理念不同，但是卻沒有什么私人恩怨，愛因