测量装置

宇宙之问上帝掷骰子吗

发布时间:2022/11/5 20:06:14   

爱因斯坦和玻尔的三次论战,在物理史上是绝无仅有的一次,因为这是两个顶级的物理学家进行的三次论战,争论对象是最尖端的量子论,经历时间最长,也最激烈,又始终保持的友好的争辩态度。

在他们之间思想的碰撞和交流,不仅稳定了量子论的根基,也促进了科学的发展,矛与盾的斗争必然会激起绚丽的火花。

他们二人的论战是在著名的索尔维会议开始的,索尔维是一名实业家,靠着他发明的一种制碱法而致富,据说他财大气粗后,自信倍增,提出了一种与物理实验和理论都扯不上关系的有关引力和物质的荒谬理论,尽管物理学家对于他的理论不屑一顾,但是他举办的索尔维会议确是趋之若鹜。

我们从下面这张照片就可以看出,索尔维会议是一场极其不平凡的会议,顶尖的物理大师云集在一起。

第一次论战就是在年的第五届索尔维会议展开的,大概是10月份,玻尔,爱因斯坦,普朗克,德布罗意,康普顿,狄拉克,薛定谔,海森堡,泡利等科学家聚集在一起,这些都是为量子理论做出突出贡献的大佬级别的人物。

我们看到爱因斯坦坐在了最前排比较显眼的位置上,主要是因为它提出的跨世纪的理论相对论,还有著名的光电效应理论,这些成就是当时任何一个物理大师都无法企及的。

当时,量子理论刚刚发展起来,还不是十分的完备,他们对自己铸造的量子理论,还有许多谜团,应该如何去更好的理解和诠释量子世界大家莫衷一是,众说纷坛。

爱因斯坦坚持自己对经典事物的实在性的观念和看法,他在会上指出上帝不掷骰子,他认为一个完备的物理理论应该具有确定性,实在性和局域性。

会上的爱因斯坦认为,量子理论中的海森堡原理违背了确定性,根据海森堡的测不准原理,一对共轭变量,比如说动量和位置,能量和时间,它们是不能同时准确测量的,当测定一个粒子在此刻的速度时,就无法准确的测准在此刻的具体位置,反之,如果要准确的测定位置,就不可能准确的测定速度。

爱因斯坦坚持的实在性,类似于马克思的唯物主义观念,他认为物质世界的存在不依赖于观察手段,月亮挂在夜幕上,不管我们看它,还是不看它,它仍然在天上。

在这一次辩论中,爱因斯坦他败下了阵来,以玻尔代表的哥本哈根派对量子论的解释获胜,会议结束后,还发生了陆陆续续的辩论,爱因斯坦设计的一个又一个巧妙的想法对玻尔发难,最终都被玻尔快速的一一化解击破。

爱因斯坦和玻尔的第二次论战发生在年的秋季,那是第六届的索尔维会议,早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的实验方案,这个实验在当时被称为光子盒思想实验,实验装置是一个一侧有小洞的盒子,如下图:

图中可以看到,洞口放置着一块挡板,里面还放置了一只可以控制挡板开关的机械钟,在小盒里还装有一定数量的辐射物质,这只钟能在某一时刻将小洞打开,放出一个光子来,这时,光子跑出的时间就可以精确的测量出来,由于盒子悬挂在弹簧秤上,盒子整体减少的质量,也就是光子的质量,便可以轻而易举的测得,最后根据质能关系,便可以得到能量的损失,这样,时间和能量都同时测准了。

爱因斯坦自信满满的通过这个实验说明测不准关系是不成立的,玻尔一派的观点是不对的。

在他描述完他的光子盒实验以后,爱因斯坦看着哑口无言,搔头抓耳的玻尔,心中暗暗得意,不过好梦不长,只过了一个夜晚,玻尔在第二天找到了应对办法。

玻尔用爱因斯坦的广义相对论,戏剧性的指出了爱因斯坦这一思想实验的缺陷。玻尔的看法是这样的,光子跑出后,挂在弹簧秤上的小盒质量会因为变轻而上移,根据爱因斯坦的广义相对论,如果时钟沿重力方向发生位移,它的快慢会发生变化,这是引力产生的时间膨胀效应,因此小盒里的机械钟读出的时间就会因为这个光子的跑出而有所改变。

能量和时间再次构成了一对测不准的量,如果要测定光子的能量,就不能精确得到光子逸出的时刻,海森堡的测不准原理依然成立。

爱因斯坦尽管听的目瞪口呆,但是仍然没有被说服,不过这次之后,他不得不有所退让,承认了玻尔对量子力学的解释不存在逻辑上的矛盾,量子论也许是自洽的。

尽管玻尔用广义相对论回击了爱因斯坦的光子盒模型,但是自己心中仍然不十分的踏实,他感觉到自己的辩论中存在投机取巧的嫌疑,从经典的广义相对论是应该不可能得到量子力学的测不准原理的。

玻尔对于这件事情一直耿耿于怀,直到年去世,据说他的工作室黑板上还一直留着当年爱因斯坦的那个光子盒图。

爱因斯坦和玻尔的第三次论战本来应该发生在年的第七届索尔维会议,可是爱因斯坦却未能列席,他被纳粹赶出了欧洲,刚刚风尘仆仆的到达美国,之后被聘为普林斯顿高等研究院教授。

在第七届的索尔维会议,德布罗意和薛定谔出席了会议,但是薛定谔没有见到爱因斯坦暂时不想发言,德布罗意也不想单独与人辩论,这令玻尔大大的松了一口气,会上哥本哈根派唱独角戏,看起来量子论的根基牢固,论战似乎已经尘埃落定。

然而,爱因斯坦可不是那么容易服输的,尽管他当时因为战争而流离失所,未能参加索尔维会议,尽管到了知天命的爱因斯坦,他仍然十分的

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