《物理的故事——在悖论中前行》
第51节

作者: 江湖小片
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  日期:2017-09-02 08:49:04
  第四十九回:爱因斯坦与玻尔的“战争”
  正好有位热心的比利时实业家索尔维出资办了个会议,会议以他的名字命名,故而叫“索维尔会议”,索维尔和诺贝尔差不多,都是有钱的实业家,而钱大部分钱都献给了科学事业。索维尔会议每3年一次,第一届是在1911年召开的,后来因为第一次世界大战被迫中断,1921年重新召开,到了1927年已经是第五届了。
  第五届的索维尔会议可谓是科学史上的梦之队,云集了洛伦兹、普朗克、爱因斯坦、玻尔、薛定谔、海森堡、泡利等等,还有最美丽的居里夫人。论资历洛伦兹算是最老的了,他曾参加过第一节索维尔会议,那时他还在兴致勃勃地与别人讨论电子原子.如今年高德劭的洛伦兹心情截然不同。由于大会由两位重要人物没有到场,大会耽误了几许:海森堡和泡利因为在旅馆里辩论到忘形的地步,两人的车票连同行李全部被贼偷偷走了。这让哥本哈根的领军人物玻尔着急在心,更让他提心在弦的还有洛伦兹在大会前的一番话语,他说:“在我看来,电子就是个粒子,在确定的时间一定会处在一个确定的位置,那些尝试用概率观点来解释的,绝对是过错误. ”对于如今的量子力学,老人激动地说:“我只遗憾我没在五年前死去,让我在有生之年看到这些讨厌的东西。”翌年,老人去世,物理学界悲恸良久。

  好在海森堡和泡利没有迟到多久,他们狼狈的赶来—胡子都没剃,让玻尔稍微的放松了几许,但是玻尔知道坐在左边小旮旯里的那位一直玩着烟斗的人绝对是“来者不善”。
  会场总算恢复了平静,大会也在短暂的祥和中召开,首先是验物理学家劳伦斯布拉格( Bragg,1890—1971)做了关于X光方面的实验报告,其后康布顿关于实验中与经典电磁理论不一致的报告,大家都做了些探讨。探讨还没有结束,哥本哈根派与反哥本哈根派的人绷不住了。都是千年的蛇精,要装什么素贞?
  波动力学派的德布罗意首先发言,提出一种“引导波”的概念,认为粒子是波包中的一个奇异点,是由引导波引导运动的。
  发言刚结束,泡利又开炮了,他狠狠地批评德布罗意的工作是历史的倒退.泡利还是那么犀利,德布罗意还是那么绅士,他这一生几乎几乎都没有和别人红过脸。而泡利又如同两年前扼杀克罗尼格的“自旋”一样扼杀了德布罗意的“引导波”。
  其后玻恩和海森堡二人共同介绍了量子力学的新进展;薛定谔紧随后介绍了波动力学,仍然没有放弃他的观点。海森堡赶紧对此提出批评,他坚持认为薛定谔的方程式荒谬的,因为不能直接观测到,他甚至都没有考虑到电子的自旋和相对论—薛定谔本就是从经典力学与几何光学类比入手的,而电子的自旋估计他在建立方程时还不知道。海森堡始终坚持这“先测量、后提理论”的观点。如此说来,就进入了不确定理论的正题了。

  薛定谔尽管承认波动力学不是完美的,但是你哥本哈根派的量子理论不完备的,而且那一套一套的量子轨道也无法证明其存在。玻恩听到后回敬薛定谔,量子轨道是不能忽视的.
  偌大的会场成了菜市场,洛伦兹拍着桌子也没有让会场平静下来,最后荷兰物理学家埃伦费斯特(Ehrenfest,1880-1933)在黑板上写了句:上帝使人们的语言变乱了。这句话典出《圣经》说犹太人从非洲迁徙过来,打算建立通天塔祭奠上天,但是上帝对此感到忧心忡忡,他认为团结的人类早晚会通向天庭,于是将人类分派是世界各地,并改变成不同的语言。
  众人都笑了,大会继续恢复平静,玻尔也发了言。爱因斯坦开始对玻尔的发言点头赞许,但是到了概率论时,他保持着死一般的沉默。
  在随后的会议上,爱因斯坦终于开了腔,他走上讲台在黑板上画了一条细缝,表示如果电子通过细缝后,会随机落在一个位置上—这点他是承认的,但是既然落在了A就不会落在了B处,如果能精确控制电子的速度与能量,当速度与位置都确定后,不确定原理就不存在了。
  玻尔想了想,也走上讲台,电子的速度与能量怎么测量呢?用光子依然会对电子能量产生影响的啊!
  爱因斯坦闭目若思,在黑板上画了另外一条小细缝,问玻尔该不会一个电子同时经过两个细缝的吧?玻尔回答说:“爱因斯坦先生,我想我应该提醒您,它们已经发生干涉了。”

  据海森堡后来回忆,这届会议很快就沦为了玻尔与爱因斯坦的论战。玻尔甚至为此晚上睡不着觉,而住在玻尔上面的爱因斯坦也没有睡好,听皮鞋蹭蹬底板就可以猜出来—住在爱因斯坦的楼下玻尔正在楼下提心吊胆地听着脚步声,每一步都让自己的心弦紧绷。
  这次会议开了很多天,爱因斯坦招招紧逼,玻尔招招化险为夷。爱因斯坦就像打地鼠游戏中的地鼠一般,出来一次打一次,出来一次打一次,但爱因斯坦却没有屈服,他们的论战还将持续。
  如果将二人的论战比作游戏,每人分别有3条命,无疑第一局以玻尔胜出而告终。
  Boer won,Einstein lost。

  最后,略显尴尬的爱因斯坦最后又说了那句名言:“上帝不掷骰子!”玻恩听到后则哀叹道:“我们失去了我们的领袖。”
  时光荏苒、岁月如梭,转眼就到了1930年,第六届索维尔会议也如期召开,三年了,什么事情都会发生,量子力学正在蒸蒸日上,玻尔更加老练,海森堡、泡利等人也成为了一代宗师,而爱因斯坦也练就了一身本领,想要一决高下。
  爱因斯坦仿佛已经感受到了对方强大的气场,要打败他除非集中力量一击制胜。而他现在攻击的目标还是不确定原理。爱因斯坦一上来就准备好自己的思维实验—光子箱实验:
  一个箱子,里面有若干个光子,上面有个开关,它可以打开时间足够短暂,以致于每次只1个光子逃逸到箱子外,先确定好时间�6�2t。这时,再用一个理想的称测量箱子的质量,前后相差�6�2m,根据质能方程,可以计算箱子损失的能量�6�2E。这样说来,�6�2E与�6�2t无关,既然无关总可以使得�6�2E×�6�2t≥h/4π,所以不确定性荡然无存。

  对于突如其来的攻击,哥本哈根派的领袖玻尔有点不知所措,他支吾其词,咿呀不知所云。眼瞅爱因斯坦能够搬回一局,孰料道,第二天早晨玻尔就反应过来,开始接招了。
  首先怎么测量箱子的质量损失呢?通过弹簧秤,将箱子放在引力场中才可以(如图所示),当箱子里一个光子逃逸时,箱子也要向上运动一段距离,根据广义相对论,逃逸的光子频率也会发生红移,能量(E=h×f)也不能完全确定。此外,由于箱子在引力场中移动了,在根据广义相对论,箱子里的时钟也会发生变化,所以说�6�2E与�6�2t是相互关联的,且计算得出�6�2E×�6�2t≥h/4π。不确定原理依然成立。

  关于这个精彩的辩论,所有人惊呆了,而让爱因斯坦又有点儿蒙,曾几何时,意气风发的他几乎凭一己之力创立了广义相对论,可谓是独步天下,如今广义相对论却成为他之利器,而自己倒在自己铸造的剑下。
  遗憾、伤心?总之Boer won again,Einstein lost again。游戏中的爱因斯坦只剩最后一条命,如果不能绝地反击,那这个游戏将以爱因斯坦“死亡”告终。让我们期待着1933年的第七次索维尔会议吧。
  可惜1932年欧洲乃至世界上发生了一件大事—纳粹上台,整个欧洲已经进入紧张的状态,爱因斯坦忙于到处走穴希望世界和平。12月,爱因斯坦与妻子打算到美国访问,没想到疯狂的纳粹抄了他的家,爱因斯坦的这次访问也成了永久居住。伤心的爱因斯坦随后加入了美国国籍,再也没有回到德国了。1939年,第二次世界大战爆发。
  1933年的第七届索尔维会议如期召开,薛定谔和德布罗意出席了会议,但是没有爱因斯坦的主心骨,他们俩甚至没有发言,但是远在大西洋彼岸的爱因斯坦正在蓄积这力量,准备最后一击。
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