(7)-s索尔维会议自然科学导论

索尔维会议物理学界的神仙聚会suǒěrwéihuìyì何为索尔维会议？索尔维会议是20世纪初一位比利时的实业家欧内斯特·索尔维创立的物理、化学领域讨论的会议。第一届索尔维会议举办于1911年，大会的金主爸爸是当时比利时的实业家欧内斯特·索尔维，会议名字就是以他命名的。上世纪的企业家还是比较存粹的，索尔维十分尊重知识分子，有钱了之后，他也想成为一个知识分子，奈何天赋有限，成为科学家不是努力就可以的，于是他就开始为科学投资，出钱办一些顶级科学家的聚会。以后每三年举行一次此会议。我们要重点讲述的是第五次索尔维会议爱因斯坦马斯克·普朗克亨德瑞克·安图恩·洛伦兹保罗·朗之万埃伦费斯特狄拉克德拜居里夫人薛定谔海森堡玻尔索尔维会议每3年举办一次，索尔维本人的财富没能让历史记住他，但他却因为这个会议而被历史记住，永垂不朽了，而其中1927年举办的第五届索尔维会议，更是将之推上了巅峰。而一次次的索尔维会议，也渐渐地将当时的科学世界分成了三个名门正派。以布拉格，康普顿为首的实验派以玻尔，海森堡为首的哥本哈根学派以爱因斯坦，薛定谔为代表的哥本哈根反对派会议过程量子力学论战量子力学产生以来，正确性已被大量实验验证。然而，量子力学存在一个重大问题没有解决：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。前奏哥本哈根学派认为：1.波函数精确地描述了单个体系的状态。2.波函数提供统计数据，测不准关系的存在是由于粒子与测量仪器之间的不可控制性。3.在空间，时间中发生的微观过程和经典因果律不相容。爱因斯坦对此并不认同，一个没有严格因果律的物理世界是不可想象的。他认为：量子力学可能出了问题。一场世纪大辩论即将展开。第五届索尔维会议召开，主题是光子和电子。派系会议分为三派：实验派：布拉格、康普顿哥本哈根学派：波尔波恩、海森伯爱因斯坦派：爱因斯坦、德布罗意、薛定谔第一次论战论战展开德布罗意说：粒子是波场中的一个奇异点，波引导着粒子运动。泡利狠狠批评这个理论，举出一系列实验结果反驳德布罗意，德布罗意被迫放弃自己的观点。海森伯和波恩说：我们主张量子力学是完备的，它的基本物理假说和数学假设不能进一步修改。他们攻击薛定谔的电子云。薛定谔承认自己的计算不完美，但谈论电子轨道是胡扯爱因斯坦发言爱因斯坦终于说话了，他提出一个模型：一个电子通过一个小孔得到衍射图像。爱因斯坦指出两种观点：1.这里没有一个电子，只有一团电子云。2.的确只有一个电子，波函数是“几率分布”。爱因斯坦反对观点2，因为：这种随机性表明同一过程产生不同结果。即感应屏的许多区域同时对电子观测作出反应。而这似乎暗示一种超距作用，从而违背相对论。吃瓜群众海森堡的回忆"讨论很快就变成一场爱因斯坦和波尔之间的决斗。""我们一般在旅馆用早餐就见面，于是爱因斯坦就描绘一个思维实验，他认为从中可以清楚地看出歌本哈根解释的内部矛盾。""一般来说玻尔在傍晚的时候就对这些理想实验完全心中有数，他会在晚餐时把它们分析给爱因斯坦听。爱因斯坦对这些分析提不出反驳，但在心里他是不服气的。"爱因斯坦的失利爱因斯坦如此虔诚地信仰因果律，以致决不能相信哥本哈根那种愤世嫉俗的概率解释。"上帝不掷骰子！"但是第一次论战他输了。输给玻尔的哥本哈根学派。所以爱会消失对吗三年后的秋天，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。爱因斯坦的算盘爱因斯坦凭着和玻尔交手的经验知道：在细节问题上是争不出个什么所以然他必须得瞄准最关键的精髓所在：不确定性原理!第二次论战爱因斯坦提出光箱实验箱子里有若干光子。打开时间Δt，只放出一个光子，Δt确定于是箱子轻了Δm，可以用理想的秤测出将Δm代入E=mc^2，ΔE也确定ΔE和Δt都确定，测不准原理ΔEΔt>h/2π不成立这个实验的精髓所在是：在精确测量Δt时，可以精确测量Δm而Δm可以由质能方程转化为精确的ΔEΔE，Δt都是精确的，测不准关系失效了玻尔对此毫无准备，他脸如死灰，呆若木鸡第二天，玻尔的胜利到来了玻尔指出：一个光子跑了，箱子轻了Δm用弹簧秤称，设置零点,设位移Δq根据广义相对论的红移效应,箱子在引力场移动Δq，Δt也相应改变ΔT可以计算：ΔT>h/Δmc^2代入E=mc^2得ΔEΔT>h/2πΔq这次轮到爱因斯坦说不出话了爱因斯坦的广义相对论推翻了他自己。哥本哈根学派大获全胜。玻尔又赢了。爱因斯坦并不甘心爱因斯坦不得不承认哥本哈根的解释是没有矛盾的，量子力学依靠概率论。但他认为这种统计描述并不是完整的"图像"。用爱因斯坦自己的话说，量子力学理论是不完备的，波函数并不能精确描写单个体系的状态。它所涉及的是许多体系，只是一个"系宗"。哥本哈根学派的统计描述只是一个中间阶段,应当寻求更完备的理论。与此类似,玻姆的理论认为：量子力学之所以是一个统计理论(哥本哈根派的解释)，是因为存在还未发现的隐变量。个别体系的规律,正是由它们决定。如果能找出隐变量就可以准确地决定微观现象每一次测量的结果，而不只是决定各种可能出现的结果的几率。也就是说，如果发现隐变量，那么因果律还是存在的，"上帝不掷骰子"。历史影响爱因斯坦没有出席第七届索尔维会议，由于纳粹德国的迫害而背井离乡。而这次会议的主题已改成原子物理。量子力学的索尔维会议已经结束了。然而事情并没有就此完结。1935年，薛定谔发表论文《量子力学的现状》，提出了噩梦般的猫实验。对此，哥本哈根学派只能吞下苦水，承认那只猫是处于"死活混合"的幽灵态。他们对此的解释甚至涉及了"意识"。索尔维会议如一个历史舞台，见证着量子力学的发展与存在。爱因斯坦似乎成了"反派”，扮演着与当年那些妄图推翻相对论的人相似的角色。而玻尔经受住这些考验，哥本哈根学派的思想广泛流传。他们从光子和电子身上出发，展开了关于量子力学的激烈的交锋，从波函数到测不准原理，从时空因果律到量子纠缠，最后一根本哈根学派的胜利而结尾。各个学派之间虽然理念不同，但是却没有什么私人恩怨，爱因