二十世纪最激动人心的科学论战

来源: 秀峰山农 2016-10-18 14:32:32 [] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读: 次 (57299 bytes)

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布鲁塞尔。1927年10月24日。星期一。

张罗了小一年的索尔维会议终于胜利召开了。但老天不给面儿,阴着个脸,一副全部身家投了2008年股票的表情,他其实是在正告大家:这个会,绝不是那种打个嗝也有掌声、放个屁都一致通过的和谐盛会。
 
不过,这是一次真正的巨星争辉的盛会,爱因斯坦、普朗克、玻尔、洛伦兹、海森堡、狄拉克、薛定谔、泡利、徳布罗意、玻恩、居里夫人、郎之万、康普顿、埃伦费斯特、德拜、克莱默斯……这么多在人类发展史上影响深远的重量级人物凑在一起,还一本正经地照了张合影,应该是空前绝后的。有人说,地球上三分之二的智慧都在这张照片里了。从某种意义上来讲,这并夸张:我们现在对世界的全部认识,以及基于这些认识的现代文明,依然建立在他们搭建的框架里。
 
盖世巨星,荟萃一堂,顶级智慧,交织碰撞。如果不发生点故事,那真是上帝对不起佛祖,佛祖对不住真主了。幸运的是,故事还真就发生了。实际上,热盼这个故事的,不光是我们这些围观群众。故事的主角,也都各有期待。一切都源自会议的主题:新量子力学及其相关问题。

说白了,这场会,就是为了解决量子论的各种闹心问题。量子力学在数学上很美很强悍,但在哲学上让人抓狂:它到底什么意思?世界的本质是什么?

玻尔认为,哥本哈根解释,就是答案。他的追随者已经统一了思想。对他们来说,现在,答案不是问题,问题是让人接受这个答案,尤其是让爱因斯坦接受这个答案。把爱因斯坦拉进队伍,量子论就有了精神领袖。这是哥本哈根派的想法。爱因斯坦,你愿,或者不愿意,我都会拉你上船!这是玻尔的想法。

那时,多数物理学家和咱俩一样,属于不明真相的围观群众,围观着一个匪夷所思的事件,不敢相信自己的眼睛和耳朵,急切地想知道意见领袖的想法,那个意见领袖还能是谁呢?当然是爱因斯坦。

对爱因斯坦来说,别人怎么看他,都不重要,重要的是,他怎么看眼前的量子论。量子论的数学基础,他没意见。对概率的数学结果、不确定的数学结果,他也能接受,但是,概率、反因果律、反客观性的解释,他无法接受。在他看来,物理学如果搞成这样,那是物理学家的悲哀。世界是不确定的,我们只能用概率来描述世界——这不是物理学,这是物理学的悲哀。所以,我不能因为你的期待,就背上良心债。对不起,亲爱的,无论你如何爱我,我都要做你的敌人!
 
会议日程很简洁:1.宣读5篇报告;2.讨论。这5篇报告是:布拉格(Sir William Lawrence Bragg)的《X射线反射的强度》;康普顿的《辐射实验与电磁定理间的不一致》;徳布罗意的《量子的新动力学》;玻恩+海森堡的《量子力学》;薛定谔的《波动力学》。日程安排相当精当,这一套报告下来,量子论的简历和免冠近照就历历在目了。组委会曾邀请爱因斯坦做报告,但爱因斯坦找来一堆理由拒绝了。

第一天。布拉格、康普顿报告后,所有重要人物都发了言,除了爱因斯坦。

第二天。徳布罗意王子提出了“导波理论”:电子是一种既是粒又是波的存在,就像浪里浮萍,浮萍要去哪,浪说了算。这和哥本哈根解释正好相反:首先,不管王子描述的这个画面有多荒唐,但毕竟有个经典图像让你去想象,甚至可以画出来。而哥本哈根解释的波粒二象,是没有经典画面的——人类脑子里能冒出来的画面,都是经典画面,想象力再丰富,也离不开对现实经验的改装。其次,小德认为,电子在你没观测之前,它也是以波粒二象存在的,你观测它,会看到其中一面;而哥本哈根派认为,在没观测前,电子无所谓是波是粒,它什么都不是,只有你观测了,才由观测方法决定它以何面目出现。所以,徳布罗意刚把观点亮出来,就遭到泡利的强烈炮轰,玻恩和海森堡在旁助阵。吵架,小德哪是泡利的对手,何况对方还有帮腔的,遂寡不敌众,用忧郁的眼神瞟向山一样沉默的爱因斯坦,脸上写满SOS。但爱因斯坦坚持沉默是金的本色,脸上写满麻木不仁。王子一看,没戏了,就很绅士地宣布放弃观点,跳出阵外,加入了围观队伍。

第三天。
上午。海森堡、玻恩发布了量子论联合声明,包括:数学体系、物理解释、不确定性原理、量子力学的应用。巴拉巴拉之后,他们表示,新量子力学,实际上是普朗克、爱因斯坦、玻尔“三教父”所创老量子论的“直接延续”。最后,他俩骄傲地宣布:“量子论已经搞定了,它相当完整,它在物理上、数学上的基本假设,都用不着再作任何修改了!”听了这句话,爱因斯坦脸上浮现出一丝笑意。埃伦费斯特读出,这是一个嘲笑,于是写了张纸条给爱因斯坦:“别笑……”。爱因斯坦回条曰:“我笑,是因为它太幼稚……”。会上,爱因斯坦依然沉默。
下午。薛定谔发布波动力学声明,给出了回归经典的观点,算是围魏救赵地声援了徳布罗意。但他亮出来的,还是老掉牙的电子云图——尽管他引入了抽象的多维空间。这回,连徳布罗意都觉得不给力。果然,薛定谔被哥本哈根派群起攻之,玻尔、玻恩、海森堡主攻老薛,上演了一场欧版“三英战吕布”。爱因斯坦:我是一个木头人,不会说话不会笑……

第四天。法国科学院举办纪念菲涅尔逝世一百周年纪念活动,索尔维会议休会一天半,爱因斯坦、玻尔等20人去巴黎向菲涅尔致敬。

第五天。下午。索尔维会议复会。大神们都很兴奋,纷纷用不同的语言申请上台发言,主持人兼翻译洛伦兹被英、法、德、丹麦等各种语言的混合立体声搞得头大。埃伦费斯特决定维护秩序,他走到黑板前,写下一行字:“上帝让地球人语言不通。”这是圣经里的一个传说:勤劳勇敢有理想的人类团结奋斗,搭建通天塔,也就是巴别塔。上帝一看不得了,于是设计破坏:让人类说不同的语言。相互说话听不懂,一时又没人能过外语4级,无法沟通,计划失败,遂各奔东西。天才们见字会心一笑,绅士起来。洛伦兹点名玻尔发言。玻尔强调了哥本哈根观点:在观测之前,没有什么“客观现实性”。所谓客观现实性,不能独立于观测者。翻译过来:从来就没有什么速度,也不没有质量位置。要创造世界的幸福,全靠我们观测!

在你测量电子的位置之前,电子不存在于任何位置。翻译一下:没观察到的电子是不存在的!

啊?!

先别忙着诧异,因为接下来,玻尔得出一个更让人忍无可忍的结论:
物理学的任务,不是要找出自然是什么,而是对于自然,我们能说什么。

玻尔,你是在开玩笑吗?你知道自己现在的言论更像一个神棍吗?你没观测之前,电子不存在;只有你观测了,它才有动量、质量和位置?!你拿自己当上帝,俺们忍忍也就过去了。可你现在连物理学家的神圣使命也给改了!不去探索自然是什么,不去追问客观世界的本质是什么,要我们物理学家干嘛?

神马?你说不存在什么“客观”,不存在什么“本质”,甚至不存在什么“真实的”基本粒子?!这些虚无缥缈的所谓粒子,只是构成“可能出现的世界”,至于究竟出现什么世界,取决于我们怎样观测?!!

OMG!太不像话了!不是上帝疯了,就是你疯了!我必须出手了!爱因斯坦朝手里一看,既没拿柿子,也没拿鸡蛋,于是走到黑板前,画出一款模型:一只电子穿过一个小孔,冲向屏幕。爱因斯坦指出,现在,有两种解释:
根据哥本哈根解释:电子穿过小孔后,冲向屏幕的,不是所谓的电子或它的分身,而是一团概率波。别看只是一个电子的概率波,它占的空间可不小,覆盖了整个屏幕。电子会选屏幕上的哪个点落脚呢?波函数告诉我们,任何一点都有可能成为落脚点,只是各点的概率不同而已——它落在屏幕上任何一点的概率都大于零。OK,现在电子决定,落在A点。那么,此刻,重点来了:电子落在A点的概率一下子变成了100%,与此同时,其余无数个点的概率立即变成了零!这就是所谓“波函数坍缩”。其他各点概率波的瞬间消失,是因为A点中奖——问题是,别处的概率波怎么能立即知道A点信息呢?难道有超光速信号?这可是违反相对论的!也是违反“局域性”要求的。所谓局域性,通俗点说,是指事物的影响范围,都是有限的,而不是无限的。所以说,哥本哈根派认为的“完整的”量子力学,其实不完整。
第二种解释:电子穿过小孔打到屏幕,存在N多可能的路径,而电子实际上走的是其中一条路。但是,现在的量子力学方程,不能精确地描述这条路,只能描述这些路的集合,并给出概率,这就是波动函数描述的所谓概率波——老薛所说的电子云。它说的是,电子出现在某处的可能性有多大。所以,这是一个“统计分布”的函数。这跟处理布朗运动的算法差不多,都是一种统计手法,权宜之计。从这个角度看,现在的量子力学,也算不上是终极版。

玻尔和他的小伙伴们表示:不太明白爱因斯坦在说什么。但他们觉得,“波函数坍缩”的猥琐形象需要洗白一下:波函数只是一个抽象的概率波,而不是真实飘荡在空间的波,所以,它在A点坍缩时,不需要把消息传给其他各点,也就是说,其他各点的波函数,不需要接到A点通知,就能在同一时刻把概率集中到A点,不管离A有多远。但是,这套含糊不清的说辞,又怎么能让爱因斯坦心悦诚服?所以,玻尔感到很受挫,他伤感地说:“我不知道什么是量子力学。我想,我们是在耍些数学手段,这些手段适合描述我们的实验。”

对爱因斯坦的这款思想实验,玻尔和他的小伙伴们当时没有正面回应。不过后来,这个实验不断改进,由单孔衍射,变成双缝干涉,又变成自由开关双缝(没错,就是咱俩前不久做过的那个系列实验),进化出N个升级版、加强版,衍生出多少精彩绝伦的分析、匪夷所思的假设、不可思议的结果……这些后话,我们在前面说过,这里按下不表。

这个思想实验,虽然在会上没有结果,但它拉开了世纪论战的帷幕,两个幕后主角由此亮相台前,短兵相接,针锋相对,为我们留下一场精妙绝伦的精神大餐。

索尔维会议开着开着,变成了一场激烈的量子论战,场上阵营对峙,泾渭分明:
正方:玻尔、玻恩、泡利、海森堡。
反方:爱因斯坦、薛定谔。还有一位,但是大家都没有留意,倒不是分量不够,而是他不怎么说话——狄拉克。他始终对哥本哈根解释不感冒。爱因斯坦,我在精神上支持你!
无所谓方:徳布罗意。怎么都好,不凶我就行。但这个和平主义者内心还是偏向爱因斯坦的。
这里似乎有个规律,集团军都偏向玻氏,而独行侠都倒向爱氏。
裁判组:布拉格、康普顿等。他们只相信实验结果。好吧,其实他们是酱油组,因为这里没实验可做。于是,酱油组的阵容顿时强大起来,其他那些叱咤风云的牛人,在这里基本插不上嘴,只能用迷茫的眼神围观。

实际上,围观的又何止是酱油组,正反双方的成员后来也加入了围观团,因为场上变成了主帅的单挑。

爱因斯坦和玻尔的论战,不分时间和场合,会场上、餐桌旁、房间里,随时过招,爱因斯坦步步紧逼,花样迭出,招招奇绝,令人目不暇接;玻尔一一化解,沉稳老道,式式精妙,让人眼花缭乱。海森堡、泡利、埃伦费斯特等一干好事之徒这下可饱了耳福,却苦了徳布罗意,因为他只懂法语,只能眼巴巴地看着小伙伴们兴奋地凑热闹。其实听得懂的,也不比徳布罗意舒坦。比方说洛伦兹老先生,会场里的每一种语言他都听得懂,但量子新人类的思想,却让他困惑不已,这还不算太折磨,更折磨的是,他还要时不时地把这些毁三观的东西翻译给别人听,以至于他常有这种错觉——这些胡话是从他自己嘴里说出来的。洛老师在这种双重折磨下度过了索尔维会议的主持生涯。

海森堡和泡利在休息时,常常试着去拆爱因斯坦的招,玻尔会找他们交流,再次见到爱因斯坦时,玻尔就有了化解爱因斯坦攻击的新招。

值得一提的是,虽然爱因斯坦攻击的目标是哥本哈根解释中的哲学认识,但他提出的思想实验本身,完全是从纯物理的角度出发,而玻尔拿来应对的招数,则借助了更多的哲学思想(埃伦费斯特语:玻尔总会从哲学的迷雾中找到工具来粉碎一个又一个例证)。玻尔的无敌神功在索尔维会议上又一次大展神通:在与爱因斯坦PK的同时,玻尔锲而不舍,逐个击破,说服酱油党接受哥本哈根解释——至少不提出过多的质疑。他成功了。但他最想争取的目标却毫无进展。两人一直争论到散会。结果是:没有结果。

“上帝是不掷骰子的!”爱因斯坦说。
“别指挥上帝该怎么做!”玻尔说。
“爱因斯坦,我为你感到羞愧。你反驳新量子论,就像你的对手反驳相对论一样。”埃伦费斯特说。
 
 

所有跟帖: 

推娃学物理? -YuccaPalm- 给 YuccaPalm 发送悄悄话 (0 bytes) () 10/18/2016 postreply 14:36:59

事实证明爱因斯坦是错的,论战之所以有名是因为爱因斯坦名气大而已。 之后七十年的现代物理学都是量子理论的天下 -keessa- 给 keessa 发送悄悄话 (0 bytes) () 10/18/2016 postreply 14:39:27

当年他们争论用的什么语言,英语还是德语? -czhz- 给 czhz 发送悄悄话 (0 bytes) () 10/18/2016 postreply 14:46:04

哥本哈根一批人自己都没搞懂。 -tibuko- 给 tibuko 发送悄悄话 tibuko 的博客首页 (0 bytes) () 10/18/2016 postreply 15:49:14

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