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爱因斯坦与玻尔的历史性论争

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本世纪最伟大的两位物理学家阿尔伯特·爱因斯坦和尼尔斯·玻尔对于量子力学的创立与发展,都作出了重大的贡献。有趣的是,在1927年9月科漠国际物理会议上,当玻尔正式提出了他有名的“互补原理”之后,受到了爱因斯坦的强烈反对。从此,这两位同时代、同行业的科学巨星,直到他们死去之前,共进行了近40年具有浓厚哲学色彩的大争论。即使是现在,仍可感到这一争论对现代物理学理论基础研究所产生的冲击。
一)、论争的渊源
提及这场大争论,首先得从哥本哈根学派说起。
在20世纪20年代,丹麦著名物理学家玻尔,在哥本哈根理论物理研究所,以其严谨的治学作风、尊重他人首创精神的领导作风,吸引了大批对量子物理学有着基本相同的理解的科学家,成为当时世界上力量最雄厚的物理学派。诸如,海森伯、泡利、狄拉克等年轻的物理学家都先后在这里工作着,其中,玻尔对海森伯提出的测不准关系非常赞赏。1927年9月在意大利科汉召开的国际物理学会议上,玻尔提出了著名的“互补原理”,从哲学上对测不准关系加以概括,用以解释量子理解的基本特征――波粒二相性。这一著名的互补原理,被称之为量子力学的哥本哈根解释,正是这一解释受到了爱因斯坦的尖锐批评,从而拉开了这场大争论的序幕。
二)、论争的过程
爱因斯坦与玻尔的论战持续了近40年之久,很令人瞩目。论战的内容是围绕着关于量子力学理论的特征和基本概念的解释问题,而这些问题又都属于哲学的领域,所以,争论的实质就是围绕着量子力学的方法论原理及其哲学诠释。论战曲折迂回,高潮迭起,大致分成两个阶段。
论战的第一阶段:
1927年科漠会议,玻尔提出“互补原理”,对量子力学第一次作了互补解释,玻尔是这样认为的:量子力学理论是一种以能量为动量的统计守恒为基础的纯几率观点,量子力学的规律具有统计性质。并且,他主张在量子物理中应当抛弃因果性和决定论的概念,而代之以互补原理。
1927年10月,第五次索尔维国际物理学讨论会在布鲁塞尔召开,爱因斯坦在会上发言,第一次在公开场合下对量子力学的发展表示不满。他反对抛弃严格的因果性和决定论的概念,坚持基本理论不应当是统计性的,他认为在几率解释的后面应当有更深一层的关系,应当能够揭示微观世界的因果性联系,所以他在会议上支持德布罗意的导波理论。
为了揭露量子力学理论的逻辑矛盾性,从而否定测不准关系,爱因斯坦还精心设计了一系列的理想实验,企图驳倒玻尔,玻尔据理力争,一次次巧妙地摆脱了困境。例如,爱因斯坦设计了一个可以称重量,且有可控快门的光箱子实验,并以此来否证能量对时间的测不准关系。而对这严重的挑战,玻尔经过一个不眠之夜的紧张思考,终于喜出望外地发现。可以“以其人之道还治其人之身”的办法回击爱因斯坦,即利用爱因斯坦广义相对论中时钟速率与引力势的关系,驳倒了爱因斯坦的挑战。因此,爱因斯坦不得不承认量子力学的逻辑一贯性。
论战的第二阶段:
当爱因斯坦试图从逻辑上反驳哥本哈根学派遭受挫折后,便放弃了这方面的努力,转而集中于批评量子力学理论的不完备性。1931年2月26日,爱因斯坦等三人合作发表了《量子力学中过去和未来的知识》的文章,认为测不准关系式并不能提供量子力学的过去的确定知识。从而拉开了进一步的论战。1935年,爱因斯坦、波多尔斯基和罗森一起发表了题为《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?》一文,提出了著名的以他们三人姓名头一个字母命名的EPR悖论,使这场论战再次出现了高峰。文章首先提出了理论的完备性和实在性的定义,并建立了一种“菲此即彼”的抉择关系,即量子力学理论如果是完备的,则不可对易算子所表征的物理量不同时为实在;或者相反,如果理论是不完备的,则物理量同时为实在。其次,文章证明,如果波函数所提供的描述是完备的,那么所涉及的不可对易量必定是实在的。而根据前面所建立的“非此即彼”抉择关系,不难看出,其唯一可能的结论是波函数所提供的描述为不完备的。爱因斯坦等人通过对两个相干系统的分析,做到了不仅是完成了逻辑上的诘难,而且还具体地构造了一个满足“排除了干扰的测量”的要求的体系,用以说明量子力学对物理实在的描述是不完备的。这称之为“EPR悖论”。



1楼2011-06-03 18:53回复