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作者：张天蓉 1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。会议确定的主题本来是“物质的磁性”，但给世人印象深刻的仍然是爱因斯坦和玻尔的论战。爱因斯坦提出“光子盒”思想实验质疑测不准原理，玻尔则用爱氏他自己的广义相对论来进行反驳。 这届索尔维会议换了主持人。曾经一直担任会议主席的荷兰科学家洛伦兹在主持了1927年第五次会议之后不久去世，本届会议的主持人换成了法国物理学家保罗·朗之万。 洛伦兹（Lorentz，1853－1928）是1911 -1927年连续五届索尔维物理学会议的固定主席，他受同行们尊重，是一位很受欢迎的主持人。他早期对光的电磁理论进行了深入研究，后来研究光和物质的相互作用，提出了洛伦兹力等概念，建立了经典电子理论。1902年，他与他的学生彼得·塞曼因为发现塞曼效应共同获得诺贝尔物理学奖。1904年，洛伦兹发表了著名的洛伦兹变换公式，确立了光速是物体相对于以太运动的极限速度。洛伦兹变换是爱因斯坦提出“光速不变原理”的理论基础，也是他的相对论的最基本关系式。 图1：（a）洛伦兹（1902年） （b）前排: 爱丁顿、洛伦兹 后排: 爱因斯坦、埃伦费斯特、德西特（1923年9月） 新的会议主持人朗之万（Paul Langevin，1872-1946）生于巴黎。1905年，当爱因斯坦发表相对论的论文之后，他表示了浓烈的兴趣，并从此和爱因斯坦结下了深挚的友谊。狭义相对论在当初还不为大多数人所接受，朗之万则为其大作宣传，并因此被人们称为“朗之万炮弹”。他研究物质磁性在实验技术上获得很大进展，做出了重要贡献。此外，他与居里夫人的关系极富传奇色彩，两人的情感纠葛曾经轰动了整个法国社会。 尽管第六届索尔维会议不象第五届那样盛况空前，但仍然有包刮10位诺贝尔奖获得者在内的34名科学家应邀出席，照样是一次群龙再聚首。 图2：1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开，群龙再聚首 按照会议主题——物质的磁性，索末菲首先报告了对磁学和光谱学的研究。他分析了原子系统的角动量和磁矩问题。通过分析原子的电子组成，得出了对元素周期表的解释。在此基础上，会议对磁现象理论的处理作了全面论述。此外，费米谈到与波函数对称性有关的量子统计性质；泡利解释了自旋的概念；狄拉克提出了巧妙的电子量子理论，将克莱因-戈登的相对论波动方程用一组一阶方程式所取代，并且将电子的自旋和磁矩这两个概念的描述和谐地结合起来。 然而，早有准备的爱因斯坦在会上不是就物质的磁性发表观点，而是向玻尔提出了他的思想实验——“光子盒”。 图3：波尔完善后的爱因斯坦光盒 这个实验装置是一个在一侧有一个小洞的盒子，洞口有一块挡板，里面放了一只能控制挡板开关的机械钟。小盒里装有一定数量的辐射物质。这只钟能在某一时刻将小洞打开放出一个光子来。这样，光子跑出的时间就可精确地测量出来。同时，小盒悬挂在弹簧秤上，当小盒因为光子的逸出其质量有所减少时，可以被弹簧秤测量出来。然后，利用质能关系E＝mc2便可得到能量的损失。也就是说，时间和能量是可以被同时测准的，由此即说明测不准关系是不成立的。爱因斯坦利用这个思想实验，就是要说明玻尔一派的量子诠释观点是不对的。 图4：Albert Einstein, left, with Niels Bohr in 1930.(Paul Ehrenfest / AIP Emilio, Segre, Paul Ehrenfest / AIP Emilio, Segre)。玻尔紧靠在爱因斯坦的旁边快步走着，（埃伦费斯特照 的，在第6次索尔维会议上。说法不确实！） 玻尔当时的确被爱因斯坦的挑战给惊呆了。据罗森菲尔德后来回忆，“玻尔有点被镇住了..他没有马上想到对策。整个晚上他看上去火气十足，一个又一个地试图说服他们，这不可能是真的。如果爱因斯坦是对的，那物理学就完了。但又无法当场作出任何反驳。”罗森菲尔德还说，“我永远不会忘记这两个对头离开大学俱乐部时的景象，高大个的爱因斯坦轻迈脚步，含着讽刺的微笑，玻尔和他走在一起，大步开进.……”。 不过，只经过了一个夜晚，玻尔便有了杀手锏！第二天，玻尔居然'以其人之道，還治其人之身’，他找到了一段最精彩的說辞，即用爱因斯坦他自己的广义相对论理论来指出爱因斯坦这一思想实验的缺陷。 光子跑出后，挂在弹簧秤上的小盒质量变轻，也就是弹簧会上移。但根据广义相对论，时钟沿重力方向发生位移，它的快慢会发生变化。这样的话，小盒上的机械钟被读出的时间就会因为这个光子的跑出而有所改变。换言之，用这种装置，如果要测定光子的能量，就不能够精確控制光子逸出的时刻。因此，玻尔用广义相对论理论中的红移公式，推出了能量和时间遵循的测不准关系。 玻尔的說辞让爱因斯坦顿感目瞪口呆，但他仍然没有被说服。不过，他自此后不得不有所退让，承认了玻尔对量子力学的解释不存在逻辑上的缺陷。在爱因斯坦看来，“量子论也许是自洽的，但却至少是不完备的”，因为他认为，一个完备的物理理论应该具有确定性，实在性，和局域性。 若干年后，玻尔这样写道：“与爱因斯坦在1930年索尔维会议重逢， 我们的争论有相当戏剧性的转折。”显然，玻尔对在第六届索尔维会议上与爱因斯坦的第二回合论战耿耿於怀。 事实上也确实如此。玻尔1962年去世时，在他的工作室的黑板上仍然挂着当年爱因斯坦那个光子盒的草图。 |
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