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伟大的“玻尔

2017-08-17  q1338

阿尔伯特·爱因斯坦和尼尔斯·玻尔,是20世纪物理学的两位泰斗,和马克斯·普朗克并列的旧量子论奠基者。爱因斯坦的地位不用多说,关于玻尔两年前也写过一点,奥运银牌(是他弟弟)、老子英雄儿好汉等,不重复唠叨。按著名物理学家费曼的说法,当玻尔在洛斯阿拉莫斯实验室、担任研制原子弹的曼哈顿计划的顾问时,得到的是物理界的神一般的尊敬。

不到100年前,这哥俩曾经因为一件咱老百姓看来鸡毛蒜皮的事,进行过一场被载入史册的著名论战。听说过俩主席斗法,没见过俩泰斗吵架,看看没了人头落地血雨腥风,他们还如何激情四溢妙趣横生。

 

() 理论背景

一个核心问题必须先说明,玻尔-爱因斯坦论战的内容不是毛刘间的你死我活,不是杨振宁-李政道的排名先后,也不是查理猴-他老婆的私钱异香,人家争论的是量子力学。量子力学是啥玩意,据说能用一句话概括:如果你觉得懂了,说明你还没懂。写这个东西兴趣在科学故事,多少整点背景知识玩玩:

微观世界里的事物不能直接观察,只能根据一些试验、自然现象来间接判断那里到底发生了什么。有些现象与宏观世界的常识、逻辑完全背道而驰,经典物理理论无法解释。物理学家提出了一些新理论来解释这些现象。以玻尔为首的哥本哈根学派,非常精确地解释试验结果显示出来的量子现象,到目前为止,是物理界对量子力学比较权威的诠释。其主要观点为:

1、互补原理(玻尔):物质的粒子具有波动行为和粒子行为二象,但两种行为不能同时展示;

2、不确定性原理(海森堡):量子世界里,一个粒子的位置和动量无法同时被确定;

3,概率性(玻恩):量子系统的描述是概率性的,一个事件的概率是波函数的绝对值平方。

胡侃两句。关于波粒二象性,爱因斯坦早期支持光子的观点,因为把它看作数字背后的事实(虽然这个事实非常令人困惑),玻尔则反对,因为它使得科学家必须从两套数学公式中选择。我觉得他俩都不对。连个破粒子是啥都拎不清,都平方了还取什么绝对值,还大师呢,搞什么搞嘛。

 

() 反复小人

非常有趣的一件事:在量子力学诞生的历史上,爱因斯坦和玻尔都当过大叛徒。

1900年普朗克在研究中发现,能量在反射和吸收时,不像经典物理学假设的连续不断,而是分成一份一份的。就这样在不经意间,普朗克一不小心推翻了经典物理学大厦,不自愿地当上了量子力学的创始人。

爱因斯坦是意识到普朗克关于量子的发现将要改写整个物理学的第一人。1905年,他被量子化概念打动,把普朗克的理论应用于光电效应理论,进一步发展和推进了量子概念。但20多年后,当量子力学革命真正爆发时,当年为其诞生鸣锣开道的爱因斯坦,为捍卫他笃信的决定论,却坚决站在量子力学的对面。

与爱因斯坦的先赞成后反对恰恰相反,玻尔在40岁之前,一直是光量子假说的最坚定的反对者,直到1925年才接受这个观点,并由此开创出自己的最大成就。在我们熟悉的人情世故中,因背叛而获利的事司空见惯,不能获利谁会背叛。而在科学史上,像玻尔这样将终身成建立在曾经长期反对观点的基础之上,确实极其罕见。

这么说来,所谓的伟人也没啥了不起,左右摇摆,立场还不如我们普通人坚定。狗屁大师,简直就是朝秦暮楚的反复小人。

 

() 第一次论战

玻尔在19279月的科莫(伏打家乡)世界物理会议上首次发布他的互补原理。这次会议是哥本哈根学派的盛会,几乎所有的量子力学学者都被邀请参加。爱因斯坦和薛定谔别有要务,没有出席。但爱因斯坦的观点明确:不抛弃连续性,不容忍量子论。

一个月后的192710月,著名的第五界索尔维会议在布鲁塞尔召开,双方如约而至。会议焦点集中在对量子力学的争论,论战双方分别是哥本哈根学派的玻尔、玻恩、海森堡,以及他们的死敌德布罗意、薛定谔和后台老板爱因斯坦。论战很快变成爱因斯坦和玻尔之间的个人决斗,在场人回忆,爱因斯坦象一个弹簧玩偶,每天早上都从盒子里弹出新主意,玻尔则从云雾缭绕的哲学中找工具,把对方论据一一碾碎

这一仗,爱因斯坦败了。他虔诚地相信因果律,不相信上帝会掷骰子,不接受哥本哈根诠释的概率解释。爱因斯坦对这些反击提不出反驳,但心里并不服气。玻恩叹气,我们失去了领袖,爱伦费斯特则抱怨,爱因斯坦,我为你脸红

有趣的是胜负双方的表现,有点像中日战争的颠倒。爱因斯坦输理不输人,沉着从容;玻尔看上去远没有对手自信,虽然据说在他的一生中,从来没有输过一次认真的辩论。有人分析,爱因斯坦依赖逻辑论战,容易被击破;玻尔使用辩证法,不容易找到破绽。也许有道理。

 

() 第二次握手

三年后的第六界索尔维会议上,双方再次见面。此时正值量子物理方兴未艾甚嚣尘上,哥本哈根诠释震动了整个物理界,三年前哥本哈根学派的年轻人,都已摇身一变当上了大师。这个时候有资格有见地不买他们帐的,大概也就是爱因斯坦了。

会议中,爱因斯坦祭出早已精心设计好的、后人称为爱因斯坦盒子的思想试验,应用他的相对论绝技,证明海森堡的不确定性原则不能成立。据说一炮重击后,玻尔当时就懵了,脸色铁青,半天说不出一句话来。离开会场时,爱因斯坦高大伟岸步幅坚定,面带一丝嘲笑,玻尔则跟在后面一路小跑,反复唠叨说,那个盒子要是管用,物理学就完蛋了,就完蛋了。

物理学没有完蛋,物理学还有救。第二天早上再到会场时,一夜未眠的玻尔已成竹在胸,对物理学的未来充满信心。他只用了一个晚上,就用爱因斯坦的相对论理论,用爱因斯坦盒子思想实验,最终证明了爱因斯坦反对的不确定性原理的成立。面对如此精彩绝妙的反击,这一次轮到爱因斯坦哑口无言了。

这一仗,爱因斯坦又败了,而且败得如此彻底、如此难堪。这恐怕是伟人一生中最低调的时刻。爱因斯坦承认在严格的科学意义上,哥本哈根学派对量子力学的诠释不能被驳倒,不确定性原理是自洽的,但他仍然保留并坚持自己的意见,不认为这种诠释是完善的,并且直到去世都没有改变立场。大获全胜的玻尔也有点摸不着头脑,他说在那次大战之前,对相对论并不是很理解,居然用相对论战胜了爱因斯坦,他对胜利也感到惊奇。

 

() 胜负未定

虽然两次大战都以玻尔的完胜告终,但不同于人类丑陋的肢体或武器战争,玻尔的完胜并不意味着爱因斯坦的完败。至少,爱因斯坦对量子力学的持续而有力的批评,促进了量子力学的发展,迫使量子力学的支持者们加深对量子力学的科学和哲学意义的探索和理解。

更大的方面,玻尔-爱因斯坦论战的硝烟至今仍未平息,最后的胜负尚远未决出。如同对相对论的争议一样,物理学界对量子力学也还没有最终的定论(哥本哈根诠释是对量子系统量子行为的解释之一,精简易懂。1997 年一次量子力学研讨会上,对哥本哈根诠释感到满意的物理学家超过半数。目前其它诠释也具相当竞争力)。在大师引领和光芒照耀下,人类对自然世界、对宇宙真理的探索,在自身灭亡之前,更将永不停息。

对真理的孜孜追求当然毫无疑问,两位泰斗对量子力学、物理学乃至人类科学的看法,也很有趣。爱因斯坦认为,可以用物理学来解释世上的一切事物,但是如果没有内在完善,这个解释是徒劳的,是对物理学的背叛;玻尔的看法,物理学的解释应该和可测量的数量联系在一起,与所有可观测的事实相符,逻辑上不能自相矛盾。他不承认其它的原则,和其它关于内在完善的指南。在寻求对自然界一个崭新领域的理解中,这样的指南不可靠。指望一个熟悉的原则在这个新领域内必然适应,也是对物理学的背叛。

简单点说,爱因斯坦认为物理学应该能揭示公式背后的真实世界发生了什么,而玻尔只对公式本身感兴趣,并不关心潜在现实世界中的事件。用我们的凡胎肉眼看,高明的当然是爱因斯坦,而玻爱论战的结果,也完全证明了我们的肉眼凡胎。以凡人能力窥探伟人对宇宙的认识,除了有趣,还能是什么。

1955418日,爱因斯坦在普林斯顿去世。距今几乎整50年前,19621118日,玻尔在哥本哈根去世,去世前一天,他还在工作室的黑板上画了爱因斯坦光子盒的草图。在那之后,随着两位巨人的离世,人世间这个大光子盒,似乎也黯淡了许多。

2012.12.30.

主要内容改自百度空间在水一方网文和维基百科相关网页

伟大的“玻尔-爱因斯坦论战”

 

另:扯得再远点,对比第五次索尔维会议群星光芒的夺目,今天的我们,除了霍金和曼德拉,还有几许与伟人同世的荣耀。

又:几年前的一则旧闻,北京一大厦正面镶嵌爱因斯坦巨幅画像,随机采访的受访者中,能认出的人寥寥无几,有的干脆把这位大名鼎鼎的老头当成了肯德基创始人。

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