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上帝掷骰子吗--量子物理史话 作者:castor_v_pollux-第章

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的不一致。接下来,德布罗意作量子新力学的演讲,主要是关于粒子的德布罗意波。随后

波恩和海森堡介绍量子力学的矩阵理论,而薛定谔介绍波动力学。最后,玻尔在科莫演讲

的基础上再次做那个关于量子公设和原子新理论的报告,进一步总结互补原理,给量子论

打下整个哲学基础。这个议程本身简直就是量子论的一部微缩史,从中可以明显地分成三

派:只关心实验结果的实验派:布拉格和康普顿;哥本哈根派:玻尔、波恩和海森堡;还

有哥本哈根派的死敌:德布罗意,薛定谔,以及坐在台下的爱因斯坦。

  会议的气氛从一开始便是火热的,像拳王争霸赛一样,重头戏到来之前先有一系列的

垫赛:大家先就康普顿的实验做了探讨,然后各人分成了泾渭分明的阵营,互相炮轰。德

布罗意一马当先做了发言,他试图把粒子融合到波的图像里去,提出了一种“导波”

(pivot wave)的理论,认为粒子是波动方程的一个奇点,它必须受波的控制和引导。泡利

站起来狠狠地批评这个理论,他首先不能容忍历史车轮倒转,回到一种传统图像中,然后

他引了一系列实验结果来反驳德布罗意。众所周知,泡利是世界第一狙击手,谁要是被他

盯上了多半是没有好下场的,德布罗意最后不得不公开声明放弃他的观点。幸好薛定谔大

举来援,不过他还是坚持一个非常传统的解释,这连盟军德布罗意也觉得不大满意,泡利

早就嘲笑薛定谔为“幼稚”。波恩和海森堡躲在哥本哈根掩体后面对其开火,他们在报告

最后说:“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设是不能

进一步修改的。”他们也集中火力猛烈攻击了薛定谔的“电子云”,后者认为电子的确在

空间中实际地如波般扩散开去。海森堡评论说:“我从薛定谔的计算中看不到任何东西可

以证明事实如同他所希望的那样。”薛定谔承认他的计算确实还不太令人满意,不过他依

然坚持,谈论电子的轨道是“胡扯”(应该是波本征态的叠加),波恩回敬道:“不,一点

都不是胡扯。”在一片硝烟中,会议的组织者,老资格的洛伦兹也发表了一些保守的观点

,and so on and so on……

  爱因斯坦一开始按兵不动,保持着可怕的沉默,不过当波恩提到他的名字后,他终于

忍不住出击了。他提出了一个模型:一个电子通过一个小孔得到衍射图像。爱因斯坦指出

,目前存在着两种观点,第一是说这里没有“一个电子”,只有“一团电子云”,它是一

个空间中的实在,为德布罗意…薛定谔波所描述。第二是说的确有一个电子,而ψ是它的

“几率分布”,电子本身不扩散到空中,而是它的几率波。爱因斯坦承认,观点II是比观

点I更加完备的,因为它整个包含了观点I。尽管如此,爱因斯坦仍然说,他不得不反对观

点II。因为这种随机性表明,同一个过程会产生许多不同的结果,而且这样一来,感应屏

上的许多区域就要同时对电子的观测作出反应,这似乎暗示了一种超距作用,从而违背相

对论。

  风云变幻,龙虎交济,现在两大阵营的幕后主将终于都走到台前,开始进行一场决定

命运的单挑。可惜的是,玻尔等人的原始讨论记录没有官方资料保存下来,对当时情景的

重建主要依靠几位当事人的回忆。这其中有玻尔本人1949年为庆祝爱因斯坦70岁生日而应

邀撰写的《就原子物理学中的认识论问题与爱因斯坦进行的商榷》长文,有海森堡、德布

罗意和埃仑菲斯特的回忆和信件等等。当时那一场激战,讨论的问题中有我们已经描述过

的那个电子在双缝前的困境:如何选择它的路径以及快速地关闭/打开一条狭缝对电子产

生的影响。还有许许多多别的思维实验。埃仑费斯特在写给他那些留守在莱登的弟子们(

乌仑贝特和古德施密特等)的信中描述说:爱因斯坦像一个弹簧玩偶,每天早上都带着新

的主意从盒子里弹出来,而玻尔则从云雾缭绕的哲学中找到工具,把对方所有的论据都一

一碾碎。

  海森堡1967年的回忆则说:

  “讨论很快就变成了一场爱因斯坦和玻尔之间的决斗:当时的原子理论在多大程度上

可以看成是讨论了几十年的那些困难的最终答案呢?我们一般在旅馆用早餐时就见面了,

于是爱因斯坦就描绘一个思维实验,他认为从中可以清楚地看出哥本哈根解释的内部矛盾

。然后爱因斯坦,玻尔和我便一起走去会场,我就可以现场聆听这两个哲学态度迥异的人

的讨论,我自己也常常在数学表达结构方面插几句话。在会议中间,尤其是会间休息的时

候,我们这些年轻人大多数是我和泡利就试着分析爱因斯坦的实验,而在吃午饭的时

候讨论又在玻尔和别的来自哥本哈根的人之间进行。一般来说玻尔在傍晚的时候就对这些

理想实验完全心中有数了,他会在晚餐时把它们分析给爱因斯坦听。爱因斯坦对这些分析

提不出反驳,但在心里他是不服气的。”

  爱因斯坦当然是不服气的,他如此虔诚地信仰因果律,以致决不能相信哥本哈根那种

愤世嫉俗的概率解释。玻尔回忆说,爱因斯坦有一次嘲弄般地问他,难道他真的相信上帝

的力量要依靠掷骰子(ob der liebe Gott würfelt)?

  上帝不掷骰子!这已经不是爱因斯坦第一次说这话了。早在1926年写给波恩的信里,

他就说:“量子力学令人印象深刻,但是一种内在的声音告诉我它并不是真实的。这个理

论产生了许多好的结果,可它并没有使我们更接近‘老头子’的奥秘。我毫无保留地相信

,‘老头子’是不掷骰子的。”

  “老头子”是爱因斯坦对上帝的昵称。

  然而,1927年这场华山论剑,爱因斯坦终究输了一招。并非剑术不精,实乃内力不足

。面对浩浩荡荡的历史潮流,他顽强地逆流而上,结果被冲刷得站立不稳,苦苦支撑。

1927年,量子革命的大爆发已经进入第三年,到了一个收官的阶段。当年种下的种子如今

开花结果,革命的思潮已经席卷整个物理界,毫无保留地指明了未来的方向。越来越多的

人终究领悟到了哥本哈根解释的核心奥义,并诚心皈依,都投在量子门下。爱因斯坦非但

没能说服玻尔,反而常常被反驳得说不出话来,而且他这个“反动”态度引得了许多人扼

腕叹息。遥想当年,1905,爱因斯坦横空出世,一年之内六次出手,每一役都打得天摇地

动,惊世骇俗,独自创下了一番轰轰烈烈的事业。当时少年意气,睥睨群雄,扬鞭策马,

笑傲江湖,这一幅传奇画面在多少人心目中留下了永恒的神往!可是,当年那个最反叛,

最革命,最不拘礼法,最蔑视权威的爱因斯坦,如今竟然站在新生量子论的对立面!

  波恩哀叹说:“我们失去了我们的领袖。”

  埃伦费斯特气得对爱因斯坦说:“爱因斯坦,我为你感到脸红!你把自己放到了和那

些徒劳地想推翻相对论的人一样的位置上了。”

  爱因斯坦这一仗输得狼狈,玻尔看上去沉默驽钝,可是重剑无锋,大巧不工,在他一

生中几乎没有输过哪一场认真的辩论。哥本哈根派和它对量子论的解释大获全胜,海森堡

在写给家里的信中说:“我对结果感到非常满意,玻尔和我的观点被广泛接受了,至少没

人提得出严格的反驳,即使爱因斯坦和薛定谔也不行。”多年后他又总结道:“刚开始(

持有这种观点的)主要是玻尔,泡利和我,大概也只有我们三个,不过它很快就扩散开去

了。”

  但是爱因斯坦不是那种容易被打败的人,他逆风而立,一头乱发掩不住眼中的坚决。

他身后还站着两位,一个是德布罗意,一个是薛定谔。三人吴带凌风,衣袂飘飘,在量子

时代到来的曙光中,大有长铗寒瑟,易水萧萧,誓与经典理论共存亡的悲壮气慨。

  时光荏苒,一弹指又是三年,各方俊杰又重聚布鲁塞尔,会面于第六届索尔维会议。

三年前那一战已成往事,这第二次华山论剑,又不知谁胜谁负?

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  饭后闲话:海森堡和德国原子弹计
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