“光子箱”模型ppt课件

“光子箱”模型,一个经典的思想实验,1,引言,遥想在1962年的一个夜晚，远在另一个半球的北欧丹麦的哥本哈根，77岁的玻尔仍然不能忘怀32年前1930年在第六届索尔维会议上爱因斯坦提出的反驳“量子理论”的光子箱模型。还是那个“光子箱”模型(玻尔与爱因斯坦的第二次论战），32年过去了。就是在那个夜晚，玻尔又一次工作到了深夜，他在自己的工作室的黑板上画了那个32年前的“光子箱”的草图。至死，玻尔还在从他的那位伟大对手那里寻求灵感的光芒。虽然在32年前他已经用爱因斯坦自己的广义相对论驳倒了爱因斯坦，但是爱因斯坦和哥本哈根学派的这场争论却始终没有结果，32年过去了如此，如今又过去了70多年，争论还在继续。,2,虽然在32年前他已经用爱因斯坦自己的广义相对论驳倒了爱因斯坦，但是爱因斯坦和哥本哈根学派的这场争论却始终没有结果，32年过去了如此，如今又过去了70多年，争论还在继续。玻尔的对手和朋友爱因斯坦早在7年前的1955年就先走了一步，而就是在那个寒冷的夜晚刚刚过去的第二天，玻尔悄然的在自己的卧室里逝去，另一位20世纪的伟人就这么平静的、毫无痛苦的离开了人世。,3,第一次论战,第二次论战,4,“光子箱”实验,1929年，玻尔发表了一篇剑走偏锋的论文，用相对论的基本原理同他的量子力学理论相比较，其中说“通过对于观察问题的深入分析，相对论注定要揭露一切经典物理学概念的主观性质”，为他关于“在主体和客体之间不可能保持任何明确分界线”的主张提供佐证。,5,早已名满天下的爱因斯坦当然不会容忍这样的“挑衅”。1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开，早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了一个著名的思想实验“光子箱”，试图从能量和时间这一对变量的测量上来否定不确定关系。,6,为了提高测量时间和能量精确度，他设想了一个具有理想反射壁的箱子，里面充满辐射。箱子上有一快门，用箱内的时钟控制，快门启闭的时间可以任意短，每次只释放一个光子，只要测出光子释放前后整个箱子质量的变化，就可以根据相对论质能转化公式，精确地测出光子的能量E。因为质量的测量是在开窗之前与开窗之后，与t无关，这样测出的光子的能量就可以超出Eth给出的精度，总可以使Eth，于是证明了不确定关系不成立。,7,“以彼之道还施彼身”,玻尔被爱因斯坦提出的问题难住了，一时无言以对。然而经过一个不眠之夜的紧张思考，终于找到了解决问题的办法。玻尔发现这个实验未考虑到广义相对论的红移效应，他用爱因斯坦建立的理论解决了爱因斯坦提出的问题。,8,第二天一早，玻尔就在索尔维会议上发言，首先在黑板上画了一幅与右图相似的草图，实际上是昨天爱因斯坦那幅图的改进，他假设箱子是挂在弹簧秤下，箱子上安有指针，从标尺可以读出指针的位置，测定盒子的质量。,9,解决问题的关键-引力红移,解决问题的关键是引力红移。在引力场中不同位置处光的波长或频率要发生变化，光子向上运动x距离，要克服引力势能，其频率要减少，能量要下降设在快门开启后，盒子上升x距离，,10,光子频率分别为和，由光子能量守恒有或,（1）,（2）,11,光子频率的不确定量对盒中的时钟，会发生相同的情况。在引力方向移动一段距离x时，时针快慢会改变，它的读数在一段时间间隔t内，将差一个量t，它由下面的关系式给出：,（3）,（4）,12,对盒子位置的任一测定，由于实验精度造成的x的不确定性，必然带来盒子动量的不确性，它同x是由关系式联系着的。显然，这一不确定量一定小于引力场在称量重量的整段时间t中所能给予一个质量为m的物体的总冲量，即,（5）,13,由式（4），（5）得将代入上式，我们就得到在称量过程中，时钟调节的不确定量t与能量不确定量E之间的关系再次导出与不确定关系一致的结果。整个过程是自洽的。,（6）,14,一个比喻,爱因斯坦和玻尔买了一台液晶显示器，看图片看得好开心。爱因斯坦说，这图片不断放大一定能看到越来越细的细节。玻尔说，我认为，放大到一定程度以后就再没有细节了。爱因斯坦说，任何一样东西怎么可能没有细节，要是没有细节也肯定是你的放大镜不好。实际情况是，电脑的图片确实有像素的限制，跟爱因斯坦的信念不符。而玻尔并不是因无能而弄不清细节，而是因为本来就没有细节。两个人都是很自信很确定的。,15,无论如何，爱因斯坦没有被说服，因为玻尔的反驳只是取巧，理论上存在值得商榷之处，因为量子力学的假设不依赖测量过程的性质。不过这次会议多少是个转折点，爱因斯坦终于承认了玻尔对量子力学的解释不存在逻辑上的缺陷，他的主攻方向从找出量子力学的不自洽性，转到证明量子力学的不完备性上了。在一些野史上，这个回合的交锋以下面的对话结束。爱因斯坦对玻尔说：“难道你们真的相信上帝也靠掷骰子办事吗？”玻尔回敬道：“我们不能教导上帝该怎么做！”,16,题记,整个事件曲折离奇，好莱坞的编剧只怕也相形见绌，不过我一直在想的问题是，如果爱因斯坦本人晚几年发表他的广义相对论，一切又会如何呢爱因斯坦和玻尔关于量子理论争论的对与错现在无法评说，但是从对于真知的追求的角度来说，二人都是值得尊敬和佩服的，他们都是是所有科学家的榜样。,17,结束语,怀念许多年前离开我们的玻尔，怀念那最后的“光子箱