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上帝掷骰子吗_第八章 论战-1

曹天元
科普学习
总共19章(已完结

上帝掷骰子吗 精彩片段:

第八章 论战-1

意大利北部的科莫市(Como)是一个美丽的小城,北临风景胜地科莫湖,与米兰相去不远。它市中心那几座著名的教堂洋溢着哥特式风格以及文艺复兴时代的气息,折射出这个国家那悠远的历史和文化沉淀。这个小城也有一支足球队——科莫队,在上个赛季(2002-2003)还打入了甲级联赛,可惜现在又降级了。一度报道说,它对中国球员吴承瑛有兴趣,想来对球迷不算陌生。

不过,科莫市最著名的人物,当然还是1745年出生于此的大科学家,亚里山德罗?伏打(Alessandro Volta)。他在电学方面的成就如此伟大,以致人们用他的名字来作为电压的单位:伏特(volt)。伏打于1827年9月去世,被他的家乡视为永远的光荣和骄傲。他出世的地方被命名为伏打广场,他的雕像自1839年起耸立于此。他的名字被用来命名教堂和科莫湖畔的灯塔,他的光辉照耀这个城镇,给它带来世界性的声名。

斗转星移,眨眼间已是1927,科学巨人已离开我们整整100周年。一向安静宁谧的科莫忽然又热闹起来,新时代的科学大师们又聚集于此,在纪念先人的同时探讨物理学的最新进展。科莫会议邀请了当时几乎所有的最杰出的物理学家,洵为盛会。赴会者包括玻尔、海森堡、普朗克、泡利、波恩、洛伦兹、德布罗意、费米、克莱默、劳厄、康普顿、魏格纳、索末菲、德拜、冯诺依曼(当然严格说来此人是数学家)……遗憾的是,爱因斯坦和薛定谔都别有要务,未能出席。这两位哥本哈根派主要敌手的缺席使得论战的火花向后推迟了几个月。同样没能赶到科莫的还有狄拉克和玻色。其中玻色的case颇为离奇:大会本来是邀请了他的,但是邀请信发给了“加尔各答大学物理系的玻色教授”。显然这封信是寄给著名的S.N.玻色,也就是发现了玻色-爱因斯坦统计的那个玻色,他和爱因斯坦还预测了有名的玻色-爱因斯坦凝聚现象。2001年,3位分别来自美国和德国的科学家因为以实验证实了这一现象而获得诺贝尔物理学奖。

不过在1927年,玻色早就离开了加尔各答去了达卡大学。但无巧不成书,加尔各答还有一个D.M.玻色。阴差阳错之下,这个名不见经传的“玻色”就参加了众星云集的科莫会议,也算是饭后的一大谈资吧。

在准备科莫会议讲稿的过程中,互补原理的思想进一步在玻尔脑中成型。他决定在这个会议上把这一大胆的思想披露出来。在准备讲稿的同时,他还给Nature杂志写短文以介绍这个发现,事情太多而时间仓促,最后搞得他手忙脚乱。在出发前的一刹那,他竟然找不到他的护照——这耽误了几个小时的火车。

但是,不管怎么样,玻尔最后还是完成那长达8页的讲稿,并在大会上成功地作了发言。这个演讲名为《量子公设和原子论的最近发展》,在其中玻尔第一次描述了波-粒的二象性,用互补原理详尽地阐明我们对待原子尺度世界的态度。他强调了观测的重要性,声称完全独立和绝对的测量是不存在的。当然互补原理本身在这个时候还没有完全定型,一直要到后来的索尔维会议它才算最终完成,不过这一思想现在已经引起了人们的注意。

波恩赞扬了玻尔“中肯”的观点,同时又强调了量子论的不确定性。他特别举了波函数“坍缩”的例子,来说明这一点。这种“坍缩”显然引起了冯诺伊曼的兴趣,他以后会证明关于它的一些有趣的性质。海森堡和克莱默等人也都作了评论。

当然我们也要指出的是,许多不属于“哥本哈根派”的人物,对玻尔等人的想法和工作一点都不熟悉,这种互补原理对他们来说令人迷惑不解。许多人都以为这不过是一种文字游戏,是对大家都了解的情况“换一种说法”罢了。正如罗森菲尔德(Rosenfeld)后来在访谈节目中评论的:“这个互补原理只是对各人所清楚的情况的一种说明……科莫会议并没有明确论据,关于概念的定义要到后来才作出。”尤金?魏格纳(Eugene Wigner)总结道:“……(大家都觉得,玻尔的演讲)没能改变任何人关于量子论的理解方式。”

但科莫会议的历史作用仍然不容低估,互补原理第一次公开亮相,标志着哥本哈根解释迈出了关键的一步。不久出版了玻尔的讲稿,内容已经有所改进,距离这个解释的最终成熟只差最后一步了。

在哥本哈根派聚集力量的同时,他们的反对派也开始为最后的决战做好准备。对于爱因斯坦来说,一个没有严格因果律的物理世界是不可想象的。物理规律应该统治一切,物理学应该简单明确:A导致了B,B导致了C,C导致了D。每一个事件都有来龙去脉,原因结果,而不依赖于什么“随机性”。至于抛弃客观实在,更是不可思议的事情。这些思想从他当年对待玻尔的电子跃迁的看法中,已经初露端倪。1924年他在写给波恩的信中坚称:“我决不愿意被迫放弃严格的因果性,并将对其进行强有力的辩护。我觉得完全不能容忍这样的想法,即认为电子受到辐射的照射,不仅它的跃迁时刻,而且它的跃迁方向,都由它自己的‘自由意志’来选择。”

旧量子论已经让爱因斯坦无法认同,那么更加“疯狂”的新量子论就更使他忍无可忍了。虽然爱因斯坦本人曾经提出了光量子假设,在量子论的发展历程中作出过不可磨灭的贡献,但现在他却完全转向了这个新生理论的对立面。爱因斯坦坚信,量子论的基础大有毛病,从中必能挑出点刺来,迫使人们回到一个严格的,富有因果性的理论中来。玻尔后来回忆说:“爱因斯坦最善于不抛弃连续性和因果性来标示表面上矛盾着的经验,他比别人更不愿意放弃这些概念。”

两大巨头未能在科莫会议上碰面,然而低头不见抬头见,命运已经在冥冥中安排好了这样的相遇不可避免。仅仅一个多月后,另一个历史性的时刻就到来了,第五届索尔维会议在比利时布鲁塞尔召开。这一次,各路冤家对头终于聚首一堂,就量子论的问题作一个大决战。从黄金年代走来的老人,在革命浪潮中成长起来的反叛青年,经典体系的庄严守护者,新时代的冒险家,这次终于都要作一个最终了断。世纪大辩论的序幕即将拉开,像一场熊熊的大火燃烧不已,而量子论也将在这大火中接受最严苛的洗礼,锻烧出更加璀璨的光芒来。

布鲁塞尔见。

作品简介:

本书是关于量子论的故事。量子论是一个极为奇妙的理论:从物理角度来说,它在科学家中间引起了最为激烈的争议和关注;从现实角度来说,它给我们的社会带来了无与伦比的变化和进步;从科学史角度来说,也几乎没有哪段历史比量子论的创立得到了更为彻底的研究。然而不可思议的是,它的基本观点和假说至今没有渗透到大众的意识中去,这无疑又给它增添了一道神秘的光环。

本书将带你做一次量子之旅。我们从神话时代出发,沿着量子发展的道路,亲身去经历科学史上的乌云和暴雨,追逐流星的辉光,穿越重重迷雾和险滩,和最伟大的物理学家们并肩作战。除了回顾基本的历史背景,我们还将向着未来探险,去逐一摸索量子论面前的不同道路,闯入人迹罕至的未知境地,和先行者们一起开疆扩土。让你惊叹的,不仅仅是沿途那令人眼花缭乱的绚丽风景,更来自于你内心深处的思索和启示——那是科学深植在每个人心中不可抗拒的魅力。

本书适合任何有中学基本物理概念的读者。不管你的水平如何,只要对科学和历史有一点兴趣,我们都诚邀你同行。或许,你将收获一次人生中难得的奇妙体验。

作者:曹天元

标签:上帝掷骰子吗曹天元量子物理史话

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