《玻尔VS爱因斯坦》由会员分享，可在线阅读，更多相关《玻尔VS爱因斯坦（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、玻尔 VS 爱因斯坦量子力学建立以后，对于量子力学的物理解释和哲学意义，一直存在着严重的分歧和激烈的争论。许多著名物理学家、哲学家、实验物理学家、数学家等都卷入了这场争论。争论之深刻、广泛，在科学史上是罕见的。在这其中，以玻尔和爱因斯坦之间的争论最为引人注目。 1量子力学的哥本哈根学派的诠释 1921 年玻尔在丹麦哥本哈根创建了理论物理研究所。并很快成为当时国际上公认的物理研究中心。逐渐形成了以玻尔为核心、以哥本哈根的名字命名的学派。对量子力学的创立和发展做出了杰出贡献，代表人物有玻尔、海森堡、泡利和玻恩等。海森堡的“测不准关系”和玻尔的“互补原理”构成了哥本哈根学派诠释量子力学的两大主要支柱
2、。互补原理：玻尔则认为测不准原理并不表明粒子语言和波动语言的不适用性，只是表明同时应用它们既是不可能的，但又必须同等应用它们才能对物理现象提供完备的描述。也就是说，微观粒子具有波粒二相性，正是用经典语言描述微观客体的结果，但经典理论中波和粒子这两种图象却不能同时存在，它们是相互排斥的，并且，无论是那一种图象都不能向我们提供微观客体的完整描述；只有把这两种图象结合起来、相互补充，才能提供微观客体的完整描述。这就是玻尔的互补原理。这种互补概念适用与整个物理学，甚至成为一种哲学原理。哥本哈根学派的主要思想和观点大致可概括为四个方面：可观察量是建立理论的基础和依据。量子跃迁是量子力学的最基本概念。描述
3、微观客体的波函数是一种几率波，粒子出现的几率由波幅的平方所决定。从实验中所观察到微观现象，满足测不准关系和互补原理。 2爱因斯坦的观点以爱因斯坦为首的另一部分物理学家，如薛定谔、德布罗意等对哥本哈根学派的观点提出了质疑。主要表现在两方面：因果性还是几率波？早在 1920 年 1 月 27 日，爱因斯坦针对泡利反对连续区理论的观点表示了他自己对“完全的因果性”的信念。1924 年 4 月爱因斯坦给玻恩夫妇的信中，他针对玻尔关于辐射的波动在本质上是几率波的假设而评论说：“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，不仅它的跳跃时刻，而且它的方向都由它自己的自由意志去选择。”量子力学仅可
4、建立在可观察量的基础上？爱因斯坦对这一观点也提出异议。1926 年春天，他在海森堡的一次谈话中，提出了“是理论决定我们能够观察到的东西”的观点。3论战的爆发序幕：1926 年 9 月，薛定谔应玻尔的邀请，到哥本哈根介绍他的波动力学。在结束时，薛定谔提出应该放弃量子跃迁的概念，而代之以三维空间的波来描述微观客体的行为。即以传统的连续性观念，代替量子力学理论中的间断性观念。薛定谔的这一想法一提出来，立即遭到玻尔的强烈反对。这一争论可以看做是爱因斯坦和玻尔争论的序幕。玻尔的互补原理：1927 年 9 月，在意大利科摩召开的一次纪念意大利科学家伏打逝世一百周年的会上，玻尔第一次提出了“互补原理”。薛定
5、谔和老厄不赞成玻尔的观点，尤其是不同意把物理学建立在测不准关系或其他不确定的统计解释上。论战开始：几个星期后，1927 年 10 月在布鲁塞尔召开了第五次索尔维会议。会议主题是“电子和光子”。在玻恩和海森堡做关于矩阵力学的报告时指出：“我们主张量子力学是一种完备的理论，它的基本物理假说和数学假说是不能进一步被修改的。”这番话无疑是向不同意见提出了挑战。接着玻尔阐述了他的“互补原理”，重复了他在科摩会议上的观点。由于爱因斯坦一直对量子力学的统计解释感到不满，他曾在 1926 年 12 月给玻恩写信时说：“上帝不是在掷骰子”，当玻恩问到爱因斯坦的意见时，爱因斯坦表示赞同量子力学的系综几率解释，但不
6、赞成把量子力学看成是单个过程的完备理论的观点。爱因斯坦的发言掀起了波浪，也从此引发了他和玻尔之间就量子力学诠释问题的公开争论。爱因斯坦的单缝衍射实验：爱因斯坦提出了一个“单缝衍射”理想实验，来说明自己的观点。而玻尔经过认真思考，指出：不能避免在测量时仪器对电子不可控制的相互作用，即电子与狭缝边沿的相互作用。双缝干涉实验：爱因斯坦又想出了一个类似托马斯.杨的双缝干涉实验。玻尔经过认真思考后反驳说，如果关闭狭缝 N 和 M 中的任一个，实验状态就完全改变了，在双缝开启时出现的干涉现象就不再出现，实验回到了单缝状态，只不过先后通过了两条单狭缝，等于多了一次与狭缝相互作用的不确定因素。更重要的是，电子
7、行为依赖于壁障上有没有另一条狭缝，即依赖于我们对实验的安排。这样，玻尔把爱因斯坦用来反驳互补原理的理想实验，反而变成了用互补原理说明波粒二相性的例子。爱因斯坦并没有因为自己的质疑被玻尔化解而改变自己的看法，他说过一句充分表达内心信念的名言：“你相信掷骰子，我却相信客观存在的世界中的完备定律和秩序。”4争论的高潮在 1930 年 10 月召开的第六届索尔维会议上，爱因斯坦与玻尔的争论达到一个高潮。会议主题是“物质的磁性”，不过关于量子力学的讨论却成了实际上的主要内容。起因是爱因斯坦提出了一个新的理想实验，试图从能量和时间这一对共轭变量的测量来否定测不准关系。“光子箱”实验 据说当时听了爱因斯坦“
8、光子箱”的发言后，玻尔“面色苍白，呆若木鸡”。面对这一严重挑战，玻尔经过一个不眠之夜的思考，终于找到了爱因斯坦的疏漏之处，第二天玻尔做了一个漂亮的回答。爱因斯坦精心设计的“光子箱”理想实验，不但没有难倒玻尔，反而成了测不准原理的一个绝好例证。爱因斯坦不得不承认玻尔的结论无可指责。 “EPR 佯谬” 爱因斯坦等人的结论是，量子力学的波函数只能描述多粒子组成的体系（系综）的性质，而不能准确的描述单个体系（如粒子）的某些性质；但是一个完备性的理论应当能描述物理实在（包括单个体系）的每个要素的性质，所以不能认为量子力学理论描述是完备的。波尔对“EPR 佯谬”的应答：波尔认为，不可能以毫不含糊的方式来确
9、定 EPR 所指的那些物理量，因为物理量本身就同测量条件和方法紧密联系着，确定物理量的这些条件使 EPR 所做的关于“实在”的定义在本质上就含糊不清了。他认为，任何量子力学测量结果的报道给我们的不是关于客体的状态，而是关于这个客体侵没在其中的整个实验场合。这个整体性特点，就保证了量子力学描述的完备性。5没有结尾的尾声由于二次世界大战，争论平息了一个时期。直到 1948 年，爱因斯坦对 EPR 佯谬又做了一次深入的讨论。1949 年玻尔也发表了就原子物理学的认识论问题和爱因斯坦进行商榷的长篇文章，但基本都属于“各说各的”的历史追述，而不像以前那样针锋相对的论战了。这是一场真正的科学论战。爱因斯坦
10、完全承认，统计性的量子理论为理论物理学代来了极其重大的进展；这个理论也是迄今为止唯一能把二相性以逻辑上令人满意的方式统一起来的理论。玻尔更是这样，据他的助手回忆，在每一个重大问题上，玻尔习惯上总是先考虑爱因斯坦是怎样想的；1962 年 11 月 18 日玻尔逝世时，人们在他工作室的黑板上发现了两张草图，其中之一就是爱因斯坦的光子箱。 6意义爱因斯坦和玻尔的争论，使量子力学的意义不断得到澄清，一步步逐渐深入的揭示了量子力学的本质含义。这场争论也是量子力学发展的一个组成部分。这个争论的一个中心论题是：科学规律本质上是因果性的，还是概率性的？这场争论并没有破坏他们的友谊，他们相互尊重，为后人树立了榜样。当代物理学家惠勒说：“我不知道哪里还会再出现两各更伟大的人物，在更高的合作水平上，针对一个更深刻的论题，进行一场为时更长的对话。”
