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主题:【原创】《量子》----第十章·哥本哈根的不确定性(1) -- 奔波儿

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家园 【原创】《量子》---第十章·哥本哈根的不确定性(10)

“我居然给人留下这种忘恩负义的印象,这让我羞愧难当”,海森堡在六月间写给玻尔的信中如此写道,而前不久,泡利来到了哥本哈根。两个月后,心中依旧充满愧疚的海森堡向玻尔解释说,他认真思考了自己的言行,“这些天来,我一直反省是自己如何造成这种恶果的,并对事情未能向好的方向发展而感到非常惭愧”。他之所以迫不及待发表论文,是因为他希望籍此为自己谋得一份职位。当年,当海森堡放弃莱比锡大学的教职,而投奔哥本哈根,正是因为他坚信如果自己能不断发表“好的论文”,那么,就会有更多的大学向他招手。有关测不准原理的这篇论文发表之后,一份聘书果然来了。海森堡生怕玻尔会对自己产生误解,连忙向他解释说这并非是由于自己刚和玻尔发生了争论,因此去改换门庭。当海森堡接受莱比锡大学的聘书,成为德国最年轻的正教授时,他还未满26岁。6月底,他离开了哥本哈根。从此,物理学院的生活又回到了原来的轨道上,玻尔继续顽强而缓慢地完善他有关互补原理的理论,并思索如何将其应用在对量子力学的解释上面。

自从四月以来,玻尔一直勤奋专研这一问题,当时,学院里有一位名叫奥斯卡·克莱恩(Oskar Klein:1894~1977)的瑞典人,时年32岁,玻尔向他寻求帮助。当时,关于测不准原理和互补原理的争论正如火如荼,玻尔的前助手亨德里克·克拉默斯告诫克莱恩说:“别把自己卷入到这场冲突冲,咱们俩性格都太温和,实在是不适合这种争论”。海森堡听说玻尔在克莱恩的辅助下,正在撰写论文,而其理论基础是“波和粒子均存在着”,他对此嗤之以鼻,在写给泡利的信中说“一个人如此开始行事,那么他自然可以把一却都玩弄于手中”。

论文的标题几经变更,起初为“量子理论的哲学基础(The philosophical foundations of the quantum theory)”,后来该为“量子假设以及原子理论的最新进展(The quantum postulate and the recent development of atomic theory)”。为早日完成这篇论文,玻尔废寝忘食,因为他想在一场即将举行的学术会议上正式公布它。但是,事情的结果是他再次变更了文章的题目。而在当时,他别无选择。

1927年9月11日至20日,为纪念意大利人物理学家和电池的发明人亚历山德罗·伏特(Alessandro Volta:1745~1827)逝世100周年,国际物理大会(International Physics Congress)在意大利科莫(Como)召开。大会进行的过程中,玻尔还依旧忙着完善自己的文章,直至9月16日他正式宣讲这篇论文之前。人们纷纷来到噶尔度锡研究所(Istituto Carducci)想听听玻尔到底会说些什么,听众中包括玻恩、德布罗意、康普顿、海森堡、洛仑兹、普朗克和索末菲。

玻尔第一次讲解了他用互补原理搭建出来的这一理论框架,稍后又阐述了海森堡的测不准原理,以及观测在量子理论中所起的作用,玻尔侃侃而谈,但想让每一个字眼都灌进某些听众的耳朵,显然是不可能的。玻尔将各种观点融合在一起,其中包括玻恩对薛定谔的波动力学所作的概率解释,这一关于量子力学解释体系的基础理论就此新鲜出炉。物理学家后来将这套集各种观点于大乘的理论称之为“哥本哈根诠释(Copenhagen interpretation)”。

玻尔的报告被海森堡称之为一次学术高峰,“在哥本哈根,玻尔深刻研究了所有与量子理论解释的相关问题”。起初,就连这位年轻的量子魔法师都与丹麦人(即玻尔)的理论格格不入。“我依然记得,我和玻尔激烈辩论了若干小时,一直持续到深夜,结果不欢而散,”玻尔后来回忆说,“辩论结束后,我独自一人在附近的公园中溜达,一遍又一遍,我问自己同一个问题:难道事实真的是像我们在实验中所观测到的那样荒谬吗?”玻尔的回答简单直白-----是的。观测所起的关键作用决定了一点,即要想找出那些常规的模式或者任何因果联系,只能是白费力气。

海森堡,在他所发表的测不准原理一文中,第一次以文字的形式宣布与科学研究一直以来所尊奉的皋臬决裂:“但是,因果律这一权威公式到底出了什么错呢?‘如果我们精确知道了现在发生的事情,那么我们就能预测未来’并非是一种结论,而只是一种假设而已。即使是从原理上,我们也无法了解当前发生事件的所有细节”。例如,如果人们无法同时了解电子的准确初始位置和速度,那么我们只能以概率的形式计算出与其未来的位置和速度相关的“可能程度(plenitude of possibilities)”。因而,要想通过对原子运动过程的单次观测来做出精确测算,这是不可能做到的。在一堆可能的结果之中,人们只能精确给出某种结果出现的概率。

经典物理的世界是由牛顿打下的基础,它是一个被精确控制的、上足发条的宇宙。即使是在爱因斯坦用相对论重新描绘了这个世界,一个物体,无论其是一个粒子还是一颗行星,只要在任一给定的时刻,其位置和速度是已知的,那么在原理上,其在任一时间的位置和速度都完全可以计算出来。在经典力学中,确定性原则居于统治地位,任何现象都在时间和空间上有着因果联系,但是,在量子物理的世界,确定性原则是不适用的。“因为,所有的实验结果都服从量子力学的定律,也就是说要满足方程ΔpΔq≈h,”海森堡在其测不准原理的最后一节中勇敢地断言,“正是量子力学最终将因果律击得粉碎。”任何试图挽救它的努力都只是“白费力气,没有意义”,因为,隐藏在这个所谓的“真实的”世界身后的,就是海森堡所称的“一个可以感知的统计性世界”。玻尔,泡利和玻恩也赞同这一观点。

但是,让人有些意外的是,有两位物理学家缺席了科莫的这次会议。几周前,薛定谔将家搬到了柏林,继承了普朗克的职位,正忙着安家落户。爱因斯坦则拒绝踏上法西斯统治下的意大利。玻尔还得等上一个月,才能在布鲁塞尔与爱因斯坦会面。

(第十章完·第二部完)

第三部·巨人们的真理之战


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