愛因斯坦與玻爾大戰(zhàn)近半個(gè)世紀(jì)散文

　　文章摘要：在20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展中，愛因斯坦和玻爾是舉足輕重的科學(xué)巨匠，他們都創(chuàng)造了現(xiàn)代物理學(xué)的輝煌，然而他們對現(xiàn)代物理學(xué)中基本問題卻有著自己獨(dú)特而深刻的見解，由此引起了長期的爭論。

　　在20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展中，愛因斯坦和玻爾是舉足輕重的科學(xué)巨匠，他們都創(chuàng)造了現(xiàn)代物理學(xué)的輝煌，然而他們對現(xiàn)代物理學(xué)中基本問題卻有著自己獨(dú)特而深刻的見解，由此引起了長期的爭論。

　　兩位科學(xué)巨匠爭論的問題，主要不在于量子理論本身的內(nèi)容與形式，而在于量子理論的解釋方面，即關(guān)于作為量子理論基本特征的不連續(xù)性與統(tǒng)計(jì)性說明方面。因此，爭論主要發(fā)生在1927年哥本哈根學(xué)派系統(tǒng)地提出量子力學(xué)解釋以后，但隨著量子理論不斷成熟，兩位科學(xué)巨匠思想上差別也不斷明顯。下面我們將按照爭論的不同階段和特點(diǎn)，講一講有關(guān)的故事。

　　玻爾

　　第一階段（1927年以前），量子力學(xué)逐步建立，量子力學(xué)的哥本哈根解釋還沒有提出，但對于量子理論中出現(xiàn)的、引人注目的不連續(xù)性與因果性問題，即涉及到是堅(jiān)持還是放棄經(jīng)典物理學(xué)的信條，愛因斯坦與玻爾的態(tài)度卻有很大的不同，因而開始個(gè)別地、直接或間接地進(jìn)行了爭論。

　　愛因斯坦雖然提出了光的波粒二象性，但從根本上他不準(zhǔn)備放棄連續(xù)性和嚴(yán)格因果性，因?yàn)檫@些正是相對論的基本特征。他還堅(jiān)持相信對于原子過程能夠給出連續(xù)的機(jī)制和直接的原因，而這種原因一旦被得到、被重復(fù)，現(xiàn)象即會無一例外地以決定論方式精確地出現(xiàn)。而玻爾則認(rèn)為，這一理想并不總被滿足，由于觀察操作引起的擾動不能任意小，我們只能談?wù)撘环N“單元事件體”。例如電子從激發(fā)態(tài)到基態(tài)的某一次躍遷，比這更細(xì)微的過程我們便無法認(rèn)識到。因此，對于經(jīng)典物理學(xué)的連續(xù)性和嚴(yán)格因果性必須放棄。

　　愛因斯坦

　　第二階段（1927～1930年），在玻爾提出對應(yīng)原理和哥本哈根學(xué)派提出波函數(shù)的幾率解釋的基礎(chǔ)上，1927年海森伯提出“測不準(zhǔn)關(guān)系”。同年9月，玻爾在意大利科摩市召開的紀(jì)念伏特逝世100周年的國際物理會議上發(fā)表了題為《量子公設(shè)和原子理論的最近發(fā)展》的講演，提出著名的“互補(bǔ)原理”，進(jìn)一步引起了學(xué)術(shù)界的巨大震動。

　　互補(bǔ)原理認(rèn)為“微粒和波的概念是互相補(bǔ)充的，同時(shí)又是互相矛盾的，它們是運(yùn)動過程中互補(bǔ)圖像�！辈�爾特別指出，觀察微觀現(xiàn)象的特殊性，由于微觀客體中最小作用量子h要起重要作用，因此微觀客體和測量儀器之間的相互作用是不能忽略的。這種相互作用在原則上是不可控制的，是量子現(xiàn)象不可分割的組成部分。這種不可控制的相互作用的數(shù)學(xué)表示就是測不準(zhǔn)關(guān)系。

　　一個(gè)月以后，在布魯塞爾舉行了第五屆索爾維物理學(xué)會議，科摩會議的大部分參加者出席了這次會議，此外參加者中引人注目地增加了愛因斯坦、埃倫費(fèi)斯特和薛定諤。玻爾在會上又一次闡述了他的互補(bǔ)原理，量子力學(xué)的哥本哈根解釋為當(dāng)時(shí)許多參加者所接受。但是它也受到來自各方面的批評，特別是愛因斯坦公開的批評。他在會上發(fā)言說：“我必須請大家原諒，因?yàn)槲覍α孔恿�學(xué)并沒有深入的研究。雖然如此，我還是愿意談一些一般性的看法。”

　　愛因斯坦認(rèn)為，波函數(shù)不是代表單個(gè)電子，而是代表分布在空間中的電子云。因此，量子力學(xué)只能給出相對來說是無限多個(gè)基元過程的集合的知識，而不能完備地描述某些單個(gè)過程。會上進(jìn)行的爭論，在會后的交談繼續(xù)進(jìn)行。

　　1930年，第六屆索爾維物理學(xué)會議又在布魯塞爾舉行。會議原定的主題是討論“物質(zhì)的磁性”。在這次會議上，愛因斯坦提出了一個(gè)“光子箱”的理想實(shí)驗(yàn)，試圖通過能量和時(shí)間可以同時(shí)精確測量，由此來駁倒能量與時(shí)間的測不準(zhǔn)關(guān)系。按照愛因斯坦的想法，關(guān)于能量和時(shí)間的測不準(zhǔn)關(guān)系似乎是不能成立的了。愛因斯坦的這種爭論方式出乎玻爾的意外，以致使他大吃一驚。但是，在經(jīng)過一個(gè)不眠之夜的緊張思考之后，他終于找出了問題的癥結(jié)所在。他發(fā)現(xiàn)愛因斯坦在上述論證中，竟忘記他自己發(fā)明的效應(yīng)。

　　第三階段（1930年以后），量子力學(xué)理論體系取得了更加完美的形式，但有關(guān)量子理論的完備性的爭論仍繼續(xù)進(jìn)行著。1935年5月，愛因斯坦同兩位年輕的美國物理學(xué)家波多耳斯基和羅森發(fā)表了題為《能認(rèn)為量子力學(xué)對物理實(shí)在的描述是完備的嗎》的論文，在物理學(xué)界、哲學(xué)界引起了巨大的反響，玻爾則以同樣的題目撰文回答。愛因斯坦等在論文中提出了物理理論體系完備性的判據(jù)與著名的以三位作者姓的頭一個(gè)字母簡稱的EPR悖論，認(rèn)真地論證了量子力學(xué)對物理實(shí)在描述的不完備性。EPR在論文中，首先給物理實(shí)在與物理理論的完備性下了定義。如果一個(gè)物理理論對物理實(shí)在的描述是完備的，那么物理實(shí)在的每個(gè)要素都必須在其中有它的對應(yīng)量，即完備性判據(jù)。當(dāng)我們不對體系進(jìn)行任何干擾，卻能確定地預(yù)言某個(gè)物理量的值時(shí)，必定存在著一個(gè)物理實(shí)在的要素對應(yīng)于這個(gè)物理量，即實(shí)在性判據(jù)。

　　玻爾認(rèn)為，EPR所說“不對體系進(jìn)行任何干擾”是不確切的。因?yàn)樵跍y量過程中雖然沒有對子系統(tǒng)施加力學(xué)干擾，但由于作用量子的不可分性，微觀體系和測量儀器構(gòu)成了一個(gè)不可分割的整體。測量安排是確定一個(gè)物理量的必要條件，而對微觀體系未來行為所預(yù)示的可能類型正是由這些條件所決定的。這樣，玻爾提出的量子現(xiàn)象的整體性特征，引起了人們對EPR所默認(rèn)的定域?qū)嵲谡摰膽岩�，意味著把世界看做在空間上分離的、獨(dú)立存在的各部分組成的看法不一定普遍成立，從而促使量子力學(xué)的完備性問題得到了系統(tǒng)的研究。

　　1955年4月18日愛因斯坦逝世以后，玻爾心里也沒有忘記和愛因斯坦的論戰(zhàn)。據(jù)記載，玻爾在逝世前一天的傍晚，在他的工作室的黑板上所畫的最后一個(gè)圖，便是愛因斯坦的光子箱的草圖。對于這場持續(xù)了近40年的爭論，特別是EPR悖論的爭論，從基本觀點(diǎn)來說，誰也沒有說服誰。

　　項(xiàng)中微子探測工程——冰立方的一部分內(nèi)容。

　　十、類星體

　　類星體釋放比數(shù)百個(gè)星系加起來還要多的能量。普遍的看法是，它們是遙遠(yuǎn)星系中心怪異的黑洞。類星體是迄今為止人類所觀測到的最遙遠(yuǎn)的`天體，距離地球至少100億光年。類星體是一種在極其遙遠(yuǎn)距離外觀測到的高光度和和強(qiáng)射電的天體。類星體比星系小很多，但是釋放的能量卻是星系的千倍以上，類星體的超常亮度使其光能在100億光年以外的距離處被觀測到。據(jù)推測，在100億年前，類星體比現(xiàn)在數(shù)量更多，光度更大。

　　宇宙中的十大怪現(xiàn)象(上)

　　文章摘要：太空有許多奇怪的現(xiàn)象，人類至今都沒有能夠?qū)⒂行┈F(xiàn)象研究清楚，宇宙是一個(gè)及其龐大的體系，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們地球上的一切。下面就是幾種現(xiàn)象被科學(xué)家們所關(guān)注的太空怪現(xiàn)象。

　　太空有許多奇怪的現(xiàn)象，人類至今都沒有能夠?qū)⒂行┈F(xiàn)象研究清楚，宇宙是一個(gè)及其龐大的體系，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們地球上的一切。下面就是幾種現(xiàn)象被科學(xué)家們所關(guān)注的太空怪現(xiàn)象。

　　一、反物質(zhì)

　　組成普通物質(zhì)的粒子其實(shí)是有另一面的。就好比，一個(gè)帶負(fù)電荷的電子，其對應(yīng)的反物質(zhì)是一個(gè)帶正電荷的正電子。物質(zhì)和反物質(zhì)碰到一起的時(shí)候會湮沒，他們的質(zhì)量會遵循愛因斯坦的定律E=mc2轉(zhuǎn)換為純粹的能量。這是許多科學(xué)家現(xiàn)在正在研究的項(xiàng)目。對于這一項(xiàng)目的研究，會對以后的太空船設(shè)計(jì)有所啟示。

　　反物質(zhì)

　　二、真空能量

　　對于量子物理的研究，我們知道雖然從表面看來，空曠的太空象一個(gè)什么也沒有的泡泡，但是這恰恰相反。在真空中到處都是亞原子粒子，這些粒子經(jīng)常被生成然后又泯滅掉。從相對論相角度出發(fā)，可知轉(zhuǎn)瞬即逝粒子在每立方厘米的空間中都貢獻(xiàn)著特定的能量，產(chǎn)生反引力把空間推開。但是到目前為止，還無法知道是什么原因造成宇宙的加速膨脹。

　　三、微型黑洞

　　膜內(nèi)宇宙理論得出的結(jié)論是，太陽系中分布著上千個(gè)微型黑洞，每一個(gè)黑洞的大小和原子核相仿。和那些大型的黑洞不同，這些微型黑洞是宇宙大爆炸時(shí)留下的，因?yàn)榕c第五維的密切關(guān)系不同程度的影響著時(shí)空。這一理論到目前為止還沒有實(shí)質(zhì)性的成果，需要長久的研究證明其真實(shí)性。

　　微型黑洞

　　四、宇宙微波背景

　　宇宙微波背景也叫CMB，其實(shí)，這種放射物質(zhì)是在大爆炸時(shí)形的產(chǎn)物，最初發(fā)現(xiàn)的這種放射物，好像是太空每個(gè)地方發(fā)出的無線噪音。宇宙微波背景被認(rèn)為是大爆炸存在的最佳證據(jù)。通過微波各向異性探測器的最新精確測量結(jié)果顯示，宇宙微波背景輻射的溫度是-270攝氏度。

　　五、暗物質(zhì)

　　暗物質(zhì)現(xiàn)在來說是一個(gè)比較熟悉的名詞了，科學(xué)家認(rèn)為暗物質(zhì)占據(jù)宇宙的大部分空間，但是它既看不到，也無法利用當(dāng)前的技術(shù)直接發(fā)現(xiàn)它。暗物質(zhì)成分的候選范圍從輕質(zhì)中微子到看不見的黑洞。有一部分科學(xué)家懷疑暗物質(zhì)是否真實(shí)存在，也提出了很多的理論。

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