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15.索尔维会议(03):爱玻之战

 科学羊 2023-09-12 发布于广东

(1930年索尔维会议合影)


本系列文章预计会有30个章节,这套文献将系统的讲述物理学本身,今天是第三季第16篇

1930年,新一次索尔维又要开了,物理学家们又在这个深秋聚到了布鲁塞尔。

这场会议,无疑打响了爱因斯坦和玻尔之间再次展开对量子不确定性的观点之争!

第一天

这一次大会主席是朗之万,洛伦兹这时候已经去世了,以前一直是他主持,这一回不得不换人了。

上次爱因斯坦比较矜持,一直到最后才发言,这回他显得比较活跃。这三年,爱因斯坦一直在家憋大招,就等着这一天来找玻尔的麻烦。

果然,会议开始没多久,爱因斯坦就蹦了起来,他走到黑板前面,画了一个实验装置的图。

他画了一个方盒子,在一边有个小闸门,由一个机械钟控制,只要设定好时间就能自动打开闸门。盒子里面有辐射物质,会放出光子。爱因斯坦向大家解释这个思想实验的原理。

海森堡玻尔他们提出的不确定性原理讲到,时间Δt和能量ΔE是不能同时测量准确的,测准了能量就测不准时间,测准了时间就测不准能量。想同时测准这两个值的确不方便。

那好吧,我就分开测。比如,现在闸门是个很精确的机械钟控制。到时间就开,放出一个光子,那么Δt肯定是知道的,啥时候开闸门那是提前设定好的。飞出来一个光子,箱子质量就变轻了。

这个箱子轻了多少,我们当然有办法测量出来,那么也就是说ΔE就可以通过E=mc2的公式算出来,那么ΔE和Δt就都测准了。也就是说,测不准原理是错的,明明有办法测准的嘛。

大家一听,有道理,所有人都回过头去看玻尔...

玻尔脸色很难看,坐在那里发愣。玻尔万万没想到,爱因斯坦憋了三年,给他来了这么一手。

大伙一看,这事要麻烦!爱因斯坦不愧是物理学界泰斗,一出手就是难题。当然,这次的大会主题是磁场,讨论不确定性纯粹是歪楼,但是玻尔一天都没精神,跟掉了魂似的。

(这张图片正式爱因斯坦得意的往酒店走,玻尔就像落魄了一样...)

爱因斯坦一天都挺开心的,反正难题出给玻尔了,看他怎么对付。他自己在房间里还摆弄起了小提琴。

爱因斯坦喜欢拉小提琴。有人传说他拉琴像锯木头,倒没那么夸张,水平比较业余是真的。

反正他这天高兴,拉就拉了,不管拉得好坏,玻尔听见肯定能烦死。他们俩的房间正好上下楼,脚步声都听得见。爱因斯坦心中暗爽,玻尔肯定失眠了,脚步声一直没停,还在屋子里来回遛呢。

第二天

爱因斯坦完全出乎意料,玻尔精神抖擞。

爱因斯坦心里嘀咕,这家伙是不是想出啥破解之道了?

果然,玻尔也上台画了个图,跟昨天爱因斯坦画的图差不多,也是一个方盒子,边上开个闸门,由一个机械钟控制。跟爱因斯坦的图片不一样的是,盒子摆在一个弹簧秤上边。

爱因斯坦你不是说可以测量盒子质量的变化来计算飞出去的那个光子的质量吗?

不能空口说白话啊,总要有测量工具吧。我给你画个弹簧秤,这总是合理的吧。这其实蛮符合玻尔的思路,在微观世界里,测量方式至关重要。

好了,我们来看,钟控制了闸门开合。闸门一开,光子飞出来了,箱子就瞬间变轻。盒子挂在弹簧秤上,钟挂在盒子上,是一体的。整个盒子带钟重量一变轻,弹簧秤的弹簧就收缩了,拉着盒子就往上一飘。

别小看这移动,在此过程中,根据爱因斯坦相对,箱子在地球引力场里面移动,会产生红移,时间会变慢,箱子上那个表的读数就会变慢。

这个大家可能不太理解,不过我们现在有非常精确的原子钟,完全可以观测到这个现象。在地上放两个钟,彼此校准,这两个钟是完全对得上的。然后把一个钟搬到100米的高塔上,另一个钟还是放在地上,大家惊奇地发现,两个钟走得不一样了,一个快一个慢。

根据爱因斯坦的广义相对论,引力场会对时间造成影响。高塔上离地心更远,引力场比地面上稍微弱了一点点。人站在地面上,头顶受到的引力就比脚底要小一点儿,大约是三滴水的差异。

按照玻尔的计算,一个光子飞出箱子的一瞬,箱子一轻,就被弹簧秤的弹簧往上一拽,在拽的过程中时间变了,那么把这个变化考虑进去,测不准原理就是正确的。

这回轮到爱因斯坦魂不守舍了,这实在是太出乎意料了。爱因斯坦憋了三年憋出来的大招让玻尔一晚上给破解了,而且还漂亮地玩了一招以其人之道还治其人之身。

相对论、引力红移那是爱因斯坦最得意的理论,万万没想到在这方面出了纰漏,他不得不承认,玻尔在逻辑上是自洽的,完全说得通。

玻尔其实心里打鼓,他可不保证这个说法一定不存在漏洞,他只是憋了一个晚上。

最后,不得不说,这场辩论,玻尔胜利了!

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