玻尔与爱因斯坦关于量子力学的论战

第 18卷 第 2期 周口师范高等专科学校学报 Vol. 18 No. 2 2001年 3月 JOURNAL OF ZHOUKOU TEACHERS COLLEGE Mar. 2001 文章编号: 1008�1261( 2001) 02�0055�02 玻尔与爱因斯坦关于量子力学的论战� 蔡红颖 (金华教育学院 物理系,浙江 金华 � 321000) 摘要: � 综述了量子力学在解释问题上激烈而长期的争论过程. 研究 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了不同派别之间争论的认识论基础 和哲学观念的差异. 关键词: � 玻尔; 爱因斯坦;量子力学; 论战 中图分类号: � O4- 09 � � � � � � � 文献标识码: A � � 20 世纪初建立的量子力学在解释问题上, 引起了一场 异常激烈的、旷日持久的争论. 这场论战的双方是著名的物 理大师玻尔和爱因斯坦, 论战的内容涉及到对量子力学的 基本结构、认识方式和物理图景等根本问题的评价. 这场论战始于 1927 年, 一直持续到 1955 年爱因斯坦 逝世.论战的内容极为丰富, 触及到现代物理学基础及有关 哲学理论的精微奥秘.论战使双方的科学思想达到了一个 新的深度,对现代哲学研究提出了一系列的具有启发性的 课题,给后世留下了宝贵的精神财富和无穷的探索余地.它 所具有的深远而重大的学术意义是难以估计的. 1 � 论战的爆发 1926 年 9 月,薛定谔应玻尔的邀请到哥本哈根介绍他 的波动力学.在结束时薛定谔提出, 应该放弃量子跃迁的概 念,而代之以三维空间的波来描述微观客体的行为.这实际 上是要以传统的连续性观点去代替量子理论中的间断性观 点,它理所当然的遭到了玻尔等人的激烈反对 .激烈而尖锐 的争论把薛定谔都累病了,然而在病榻前, 玻尔还在和他争 论这个问题.这场争论可以看作是爱因斯坦和玻尔两大巨 人世纪性论战的序幕. 1927年 10 月 24 日到 29 日, 在布鲁塞尔召开了第五 次索尔维会议.会议原定的主题是� 电子和光子 , 但由于两 位巨人的第一次交锋,会议实际上变成了量子力学诠释的 一次全面讨论. 在 1930 年 10月的第六次索尔维会议上, 论战达到了 高峰.这届会议的主题原来定的是!物质的磁性∀ , 由郎 之 万主持, 索末菲、费密作了有关磁性的报告, 但爱因斯坦对 测不准原理的攻击把会议引向关于量子力学的讨论. 在两次索尔维会议后, 爱因斯坦承认了海森伯的测不 准原理和量子力学理论在逻辑上的自洽性. 但爱因斯坦并 没有放弃自己的基本观点, 继续对量子力学的理论基础提 出批评.特别是 1935 年他同美国物理学家波多尔斯基、罗 森合作发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的!能认为量子力学对物理实在的描述是完备 的吗?∀, 对量子力学的理论的完备性提出了有力的反驳, 这 就是著名的 EPR洋谬. 对于这个 EPR , 玻尔在同年就以!物理实在的量子力 学描述能认为是完备的吗?∀为题,有力地作出了回答. 2 � 争论的焦点 这一场争论的焦点之一,是在认识和描述原子过程时, 对经典物理学的信条是坚持还是放弃.爱因斯坦坚信可以 用经典动力学来描述,能够给出直接原因和连续的机制, 原 子现象也如同经典现象一样能被无限精细地划分. 从经典 力学来看, 原子中电子的跃迁应该能从运动学和动力学两 个方面来加以描述.但玻尔持相反的观点, 他认为, 既不能 从运动学的角度来回答电子在跃迁时怎样从一个定态跑到 另一定态, 也不能从动力学角度来回答电子怎样在一个新 的能级上重新变成轨道电子, 也就是说无法知道电子应该 在什么地方停下来.这一认识上的差异, 实质上是对经典物 理学的某些信条是坚持还是放弃.这些信条认定, 物理学的 目的在于追寻现象的直接原因,这种原因一旦被找到, 被重 复, 现象即无一例外地以决定论方式精确地再现. 爱因斯坦 就是持这种信念, 而玻尔则相反. 玻尔认为,这一理想并不 能总被满足 .由于观察操作引起的扰动不能任意小, 我们只 能谈论� 单元事件体 , 例如电子从激发态到基态的某一次 跃迁, 比这更细微的过程我们无法认识. 原因在于如要认识 比一次电子跃迁更细微的过程, 我们就要把过大的能量注 入原子, 这会使电子状态被破坏. 这种与观察操作相联系的 认识方式, 是经典物理学前所未闻的. 如果事情确是如此, 则经典物理学所信奉的、不扰动现象的� 纯客观的 观察和 认识方式, 将因此再也不能维系. 这一场争论的焦点之二, 是对微观客体具有波粒二象 性在认识上的互补性的看法. 光具有波粒二象性的性质被 实验和理论证实后,从经典观念看来, 是进入了不可思议的 � 收稿日期: 2000�12�05 作者简介: 蔡红颖( 1961- ) ,女, 江苏滨海人,副教授, 主要从事物理学的教学与研究. 两难推动,同时也直接促进了非决定论思想的发展.玻尔等 人提出假设 ,认为辐射是连续的作用, 而跃迁仅随机地发 生,所以他们做了尝试, 一方面保留了描述的经典时空框 架,另一方面又引进了以几率权重的统计平均值来构造可 观察量的概念.爱因斯坦对此持反对见解, 他认为放弃严格 的因果性是不能容忍的. 1926 年 12 月 4 日他给波恩的信 中说: �量子力学固然是堂皇的, 可是有一种内在的声音告 诉我,它还不是那真实的东西. 这理论说的很多, 但是一点 也没有真正使我更加接近#上帝∃ 的秘密. 我无论如何深信 上帝不是在投骰子. 这里所说的上帝的秘密就是自然界不 包括偶然性,只有必然性和严格的决定论. 1944 年在给波 恩的信中,爱因斯坦又说: �在我们科学期望中, 我们已成为 对立两极.你信仰投骰子的上帝, 我却信仰客观存在的世界 中完备定律和秩序,而我正试图用放荡不羁的思辨方式去 把握这个世界. 随着时间的推移, 玻尔坚持去寻求海森伯 测不准关系的物理基础. 从波粒二象性概念出发, 利用 E = hv , p = hk 和相对论的有关公式, 玻尔认为, 波的相速 度和群速度在一般情况下并不相等 ,如果结合德布罗意关 于群速度在数值上等于粒子速度的观点来考虑, 波和粒子 的概念并不总是能处处配合的.玻尔指出, 能把这个概念统 一起来的条件,正是测不准关系式, 它提示了经典力学适用 范围.根据长时间的研究, 玻尔认为波粒两难推论提示了用 经典概念描述原子过程时所遇到的一种深刻的困难, 其实 质是观察操作引起的扰动即不能简单地忽略, 又不能恰当 地补偿.据此, 玻尔缔造的哥本哈根学派认为量子物理学的 认识模式不仅可以是,而且应该是统计的, 这是非决定论物 理思想的物理渊源.玻尔说: � 在量子论中客体和测量仪器 之间的不可控制的相互作用迫使我们放弃因果描述. 海森 伯说: � 把一个确定的原因与一个相互关系确定的效果联系 起来,只有当两者都被观察而且不引进一个外来因素干扰 两者的相互关系时才有意义. 狄拉克指出必须修改我们的 因果观念.他说: � 因果性只适用于不受干扰的体系. 如果体 系小,则观察它而不引起严重干扰是不可能的 ,因而就不能 指望发现在观察结果之间有任何因果联系. 波恩说: � 从我 们的量子力学观点看来, 在一个个别事例里因果性地确定 结果的量并不存在%%我自己倾向于在原子世界里放弃决 定论. 到 20 世纪 40年代末, 爱因斯坦也承认统计性量子 理论为理论物理学带来了极其重大的进展, 也是迄今为止 唯一能把二象性以逻辑上令人满意的方式统一起来的理 论,而且在测不准关系所限制的范围内, 它是完备的. 但他 还是重申量子力学不是最终的理论 ,关于单个体系的完备 描述终究应当是可能的. 3 � 认识论比较 到目前为止,关于量子力学理论描述的完备性问题, 仍 然存在着争论.现在我们明白了, 量子力学的理论是非局域 性的理论, 它涉及到类空关系, 即比光速还快的信号传播; 而狭义相对论则是局域性理论. 或许两位科学巨人之间的 争论与这两种理论在基本思想上的差异不无关系. 对玻尔 和爱因斯坦两位大师的认识论进行比较, 我们也许可以找 到引起争论的一些答案, 促使我们意识到物理学工作者和 科学工作者必须有哲学的头脑和理论思维的能力. 作为伟大的科学工作者, 两人在认识论方面有许多相 通之处. 首先, 他们都十分注意对经验材料进行分析和概 括, 因此使他们的研究立足于可靠的基础之上. 在这点上他 们坚持了唯物主义的反映论.其次, 他们在认识过程中对经 验和理论之间产生的矛盾或原理论中存在的问题都非常敏 感. 发现与解决问题的意识, 是他们进行科学认识的主要推 动力量之一. 第三, 他们的思维方式都具有强烈的开放色 彩, 具有挣脱教条的自觉倾向. 对真理的追求和热爱,使他 们不迷恋传统, 不盲从权威. 第四, 他们的认识成果都体现 了深刻的辩证法思想. 他们所提出的一系列尖锐的认识论 问题, 使人们的思维方式产生了质的飞跃. 同时, 玻尔和爱因斯坦的认识论也有许多相异的个性 特征. 第一,关于实在 .爱因斯坦认为, � 在我们之外有一个 巨大的世界, 它离开我们人类而独立存在 . 这个在我们之 外存在又为我们的意识所反映的世界,就是他眼里的科学 认识的对象. 玻尔则不支持一个本体论意义上独立自在的 客观自然界, 他强调观测得数据, 强调认识对象、测量仪器 和认识主体之间不可分割的联系.在他眼里, 认识的对象应 该是现象而不是实在. 第二, 关于因果论和决定论. 对因果 论和决定论观念的冲击并不是量子力学理论的直接结果, 而是对量子理论进行诠释的结果.玻尔认为, 量子理论告诉 我们必须放弃原来的因果性和决定论观念, 必须用互补观 点看世界. 爱因斯坦却认为量子理论并没有从根本上排除 因果性和决定论. 第三, 关于科学信念. 爱因斯坦坚持科学 认识的最终目的就是要达到对客观实在的一定阶段的正确 认识, 但它并不是最终的和完备的. 他追求的是超越量子力 学的更为精确的理论.而在玻尔看来, 量子力学的描述是完 备的和不可超越的. 认识论上的相同点是他们得以在科学上作出重大贡献 的基础和前提, 而哲学观念上的差异则是导致他们争论的 根本原因. 正是争论双方这种现实与理想之间的张力维护、 推动着科学的稳步前进, 因此双方对量子力学的发展都作 出了积极而重要的贡献. 参考文献: [ 1] 阿西莫夫. 最新科学指南[ M ] .北京: 科学普及出版社, 1991. [ 2] 王福山. 近代物理学史研究[ C] . 上海:复旦大学出版社, 1983. [ 3] 张瑞琨, 谭树杰,陈敬全. 物理学研究方法和艺术[ M ] .上海: 上海教育出版社, 1996. [ 4] 向义和. 大学物理导论 & & & 物理学的方法、历史与前沿[ M ] . 北京:清华大学出版社, 1999. The Debate on Quantum Mechanics Between Bohr and Einstein CAI Hong�ying ( Physics Department of Jinhua Eduction College, Jinhua Zhejiang 321000, China) Abstract: Heated and long�term debate on explanation of quantum machanics was summarized . The discr epancy of the basis of t he theory of knowledge and philosophy sense betw een distinct academic sects were studied and analysed Key words: Bohr; Einstein ; quantum mechanics; debate ∋56∋� � � 周口师范高等专科学校学报 2001年 3月