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量子趣谈——上帝掷不掷骰子呢?

2018-01-04

 

其实,这是一则关于量子的正经故事

看到这张照片,你想到了什么?

如果没有,再看这张照片,你还没有想到什么吗?

“这不是每次期末考试前,我都会拿出来祭拜的大神的合影吗?”

Bingo

物理界“最聪明的大脑”的集合!

 

而他们缘何而聚在一起,让这张照片如此之举世闻名呢?

 

这一切都起源于一个会议——索尔会议


还有一个人——索尔先生

 

在比利时企业家、化学家欧内斯特·索尔维的赞助下,1911年,召开了第一次索尔维会议,第一张照片就拍摄于这次会议中,地点在布鲁塞尔的大都会酒店。这次参会的人员有:包括普朗克、亨德里克·洛伦兹(Hendrik Antoon Lorentz)、居里夫人(Marie Skłodowska Curie)、庞加莱(Jules Henri Poincaré)、阿诺德·索末菲(Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld)及爱因斯坦等。此次会议讨论的主题是量子辐射理论。

 

在历届索尔维会议中,1927年举办的第五届会议也凭借着爱因斯坦与波尔两人围绕量子力学的大论辩而被冠之以“最著名”的称号。这张汇聚了物理学界最具智慧的头脑的“明星照”则成了这次会议的见证。阵容之强大,☞如下:

 

前排左起:I.朗缪尔(I.Langmuir M.普朗克(M.Planck M.居里夫人(Mme Curie 

H.A.洛伦兹(H.A.Lorentz  A.爱因斯坦(A.Einstein P.朗之万(P.Langevin

Ch.E.古伊(Ch.E.Guye C.T.R.威尔逊(C.T.R.Wilson

 

中排左起:P.德拜(P.Debye M.克努森(M.Knudsen W.L.布拉格(W.L.Bragg H.A.克莱默(H.A.Kramers P.A.M狄拉克(P.A.M.Dirac A.H.康普顿(A.H.Compton  L.德布罗意(L. de Broglie M.波恩(M.Born N.玻尔(N.Bchr 

 

后排左起:A.皮卡尔德(A.PiccardE.亨利厄特(E.HenriotP.埃伦费斯特(P.Ehrenfest

Ed.赫尔岑(Ed.Herzen Th.顿德尔(德康德)(Th.de Donder),E.薛定谔(E.Schrodinger E.费尔夏费尔德(E.Verschaffelt W.泡利(W.PauliW.海森堡(W.Heisenberg R.H.否勒(R.H.Fowler L.布里渊(L.Brillouin 

 

在这次会议上,到底发生了什么大论战呢?

 

20世纪初,量子理论初步被建立,根据对量子理论的态度,物理学界被分成了三大阵营

 

以尼尔斯·玻尔为核心的哥本哈根派,包括波恩、海森堡、泡利等科学家,这群年轻、激情的科学家坚信着量子力学,并不断提出量子突破性的论点,为量子理论的发展做出了突出的贡献。

 而以阿尔伯特·爱因斯坦、路易斯·德布罗意、薛定谔等为代表的哥本哈根派的反对者们,唱着黑脸,对量子理论不断提出质疑,这些质疑也侧面促进了量子理论的发展。

第三大阵营便是以布拉格和康普顿等为代表的实验派,他们只相信实验的结果,他们对量子理论不会盲目的支持,也不会坚决地反对。

 这次会议中,这场世纪论战的核心是“新量子理论的意义”,争论的焦点也集中在了量子力学的完备性上——量子力学是否是完备的,波函数是否精确描写了单个体系的状态?

 

论战的焦点也集中在波尔和爱因斯坦两人身上。

 

 

 

爱因斯坦坚持认为物理学必定有规律可遵循,一切违背因果律的推论均是谬论。因此爱因斯坦说:“玻尔,上帝不掷骰子!”

 

而哥本哈根学派坚持量子力学的完备性,并将测不准关系归因于粒子与测量仪器之间的不可控制性。故波尔反驳到“爱因斯坦,别去指挥上帝应该怎么做!”

 

第一次交锋,爱因斯坦“单电子小孔衍射”的论点被波尔成功推翻,以爱因斯坦的失败告终。

 

事情一直延续到1930,三年后第六届的索尔维会议上,围绕着量子力学的不确定原理。这次爱因斯坦有带着他的“光箱实验”来质疑量子理论。

 

但是,仿佛波尔是上帝派给爱因斯坦的“劲敌”,第二天,波尔便用爱因斯坦的广义相对论“将了他一军”。

 

在第七届索尔维会议上,由于纳粹德国的迫害,爱因斯坦未能出席。而少了爱因斯坦的索尔会议也改换了关于“量子力学”的议题。

 

但是,索尔维会议就像一个历史舞台,见证着量子力学的发展与存在。


如果说物理是一片星空,那么这张照片无疑是这条长河中最耀眼的明星。物理界的盛会,量子理论的“战场”,在这里碰撞而发出的火花,照耀了后世百年里,量子理论的前进方向。

 



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