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量子力學(xué)史上的四次論戰(zhàn)



20世紀(jì)初建立的量子力學(xué),在物理學(xué)界引起了一場異常激烈而且曠日持久的論戰(zhàn)。這場論戰(zhàn)的參與者都是當(dāng)時(shí)理論物理的精英,主要有以尼爾斯·玻爾(Niels Bohr)為核心的哥本哈根派,包括波恩(Max Born)、海森堡(Werner Karl Heisenberg)、泡利(Wolfgang Ernst Pauli);還有就是哥本哈根派的反對(duì)者,主要有阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)、路易斯·德布羅意(Louis de Broglie)、薛定諤(Schr?dinger)。論戰(zhàn)的內(nèi)容涉及到對(duì)量子力學(xué)的物理圖景、基本原理、完備性甚至哲學(xué)基礎(chǔ)和世界觀等根本問題的爭論。


根據(jù)論戰(zhàn)內(nèi)容和時(shí)間可將這場大論戰(zhàn)劃分為四個(gè)階段:第一階段,1926年薛定諤應(yīng)玻爾邀請(qǐng)到哥本哈根做《波動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)》的演講并由此爆發(fā)第一次論戰(zhàn);第二階段,1927年第五屆索爾維會(huì)議上關(guān)于“新量子理論的意思”的第二次論戰(zhàn);第三階段,1928年第六屆索爾維會(huì)議上關(guān)于不確定原理的第三次論戰(zhàn);第四階段,1935年EPR論文發(fā)表,引起了關(guān)于量子力學(xué)對(duì)物理實(shí)在描述的完備性的第四次論戰(zhàn)。


四次論戰(zhàn)的內(nèi)容極為豐富,而且極具深度,觸及到物理學(xué)的基礎(chǔ)和哲學(xué)的基本問題。


一、論戰(zhàn)爆發(fā)



▲薛定諤方程


1925年至1926年薛定諤從經(jīng)典力學(xué)的哈密頓——雅可比方程出發(fā),利用變分法和德布羅意物質(zhì)波理論,將電子看成德布羅意波,用一個(gè)波動(dòng)方程表示,最后得到一個(gè)非相對(duì)論的波動(dòng)方程,即著名的薛定諤方程,方程中的波函數(shù)用來描述微觀粒子的狀態(tài),薛定諤的這套理論就是后來所謂的波動(dòng)力學(xué)。雖然薛定諤方程也能產(chǎn)生玻爾原子的量子化能級(jí),但是薛定諤認(rèn)為這應(yīng)該表現(xiàn)為振動(dòng)著的物質(zhì)波的諧函數(shù)而不是跳躍的電子。此后薛定諤很快證明了他的“波動(dòng)力學(xué)”在數(shù)學(xué)上同哥本哈根學(xué)派的“矩陣力學(xué)”是等價(jià)的。薛定諤認(rèn)為:波函數(shù)本身代表一個(gè)實(shí)在的和物理的可觀測量,即使在原子量級(jí)上,經(jīng)典的連續(xù)過程和絕對(duì)的決定論照樣成立。而以玻爾為核心的哥本哈根學(xué)派認(rèn)為:波函數(shù)的平方代表粒子在空間某點(diǎn)出現(xiàn)的概率,在微觀領(lǐng)域中,因存在著測量程序?qū)λ撌龅奈锢砹抠囈远x的條件的影響,量子規(guī)律本質(zhì)上是統(tǒng)計(jì)性的,非決定論的。由于雙方對(duì)波函數(shù)物理意義的詮釋不同,造成了對(duì)量子力學(xué)本質(zhì)規(guī)律認(rèn)識(shí)上的重大分歧,而孕育其中的論戰(zhàn)也就在這年夏末爆發(fā)了。


夏末時(shí)候,希望討論這個(gè)分歧的海森堡來到慕尼黑,參加了薛定諤的一個(gè)發(fā)言討論會(huì),海森堡試圖指出薛定諤觀點(diǎn)中的問題并發(fā)表自已的見解。他回憶說:“顯然,我的觀點(diǎn)沒有對(duì)任何人產(chǎn)生影響,包括平時(shí)對(duì)我關(guān)懷備至的索末菲(A. J. Sommerfeld)在內(nèi),大家都被薛定諤數(shù)學(xué)的巨大成功征服了?!焙Iぴ诼犃搜Χㄖ@的報(bào)告后非常興奮,當(dāng)天晚上就給在哥本哈根的玻爾寫信。這封信觸動(dòng)了玻爾,于是在9月11日玻爾寫信給薛定諤邀請(qǐng)他到哥本哈根來演講,薛定諤愉快地接受了邀請(qǐng),開始了那次重要的哥本哈根之行。他于10月1日到達(dá)哥本哈根, 10月4日為丹麥物理學(xué)會(huì)發(fā)表了題為《波動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)》的演講。在演講報(bào)告中,薛定諤提出了一個(gè)與 “哥本哈根觀點(diǎn)” 相反的見解:“波函數(shù)本身代表一個(gè)實(shí)在的和物理的可觀測量?!毖Χㄖ@演講之后,玻爾和海森堡等人盡力克制自己,避免學(xué)術(shù)分歧造成感情上的不快,在講演后的歡宴上,他們極盡地主之誼,祝賀薛定諤演講成功。


第二天下午論戰(zhàn)爆發(fā)了,在此后的四天時(shí)間里,玻爾、海森堡便單刀直入和薛定諤較量,爭論集中在如何解釋量子理論方面。海森堡后來回憶說:“玻爾雖然是一個(gè)非常周到和有禮貌的人,但在討論到他認(rèn)為是極端重要的認(rèn)識(shí)論問題時(shí),他能頑強(qiáng)地堅(jiān)持己見,并以可怕的不留情面的態(tài)度要求所有論點(diǎn)具有完全明確性,甚至在若干小時(shí)的奮戰(zhàn)后,他也不讓步,直到薛定諤承認(rèn)了他的闡述是不充分的,并且不能解釋普朗克的法則,薛定諤所有想繞過這個(gè)苦澀結(jié)果的企圖都逐個(gè)在無限吃力的討論中慢慢被駁倒?!?


薛定諤患了感冒并躺倒在床上,不幸的是他留在玻爾家中。玻爾繼續(xù)坐在床邊對(duì)他說:“薛定諤,不管怎樣你得承認(rèn)……”薛定諤接近發(fā)火了,他叫道:“假如我們還是擺脫不了這些該死的量子躍遷的話,那么我寧用從來沒有涉足過什么量子力學(xué)?!辈柨偸菍?duì)能搞清理解的爭論感到高興,他用稱贊使他的精疲力竭的客人安靜下來:“但我們都感謝你搞了原子理論,因?yàn)槟憬o原子物理的前進(jìn)帶來決定性的一步?!?/span>


最后,第一次論戰(zhàn)以誰也沒有被對(duì)方說服,薛定諤回到慕尼黑而結(jié)束。


顯然這次論戰(zhàn)的焦點(diǎn)是如何對(duì)波函數(shù)的物理意義進(jìn)行詮釋。薛定諤認(rèn)為波函數(shù)本身代表一個(gè)物理實(shí)在的可觀測量,電子的確在空間中實(shí)際地如波般擴(kuò)散開去,例如電子的波函數(shù)和電子的電荷相乘,就代表了電子的電荷在空間中的實(shí)際分布。這樣一來,薛定諤的理論就回到了經(jīng)典的連續(xù)過程和決定論上了。玻恩等哥本哈根派認(rèn)為波函數(shù)本身是個(gè)不可觀測量,波函數(shù)的平方代表粒子在空間某點(diǎn)出現(xiàn)的概率,電子本身不會(huì)像波那樣擴(kuò)展開去,只是它在空間出現(xiàn)的概率像一個(gè)波,嚴(yán)格地按照波函數(shù)的分布展開。如此一來,量子規(guī)律本質(zhì)上是統(tǒng)計(jì)性的,非決定論的。


二、第五屆索爾維會(huì)議上的論戰(zhàn)



1927年第五屆索爾維會(huì)議在布魯塞爾召開,會(huì)議從10月24日到29日,為期6天。會(huì)議主題是“電子和光子”,其議程如下:首先勞倫斯·布拉格做關(guān)于X射線的實(shí)驗(yàn)報(bào)告;然后康普頓報(bào)告康普頓實(shí)驗(yàn)以及其和經(jīng)典電磁理論的不一致;接下來,德布羅意做量子新力學(xué)的演講,主要是關(guān)于粒子的德布羅意波;隨后,波恩和海森堡介紹量子力學(xué)的矩陣?yán)碚摚Χㄖ@介紹波動(dòng)力學(xué);最后,玻爾在科莫演講的基礎(chǔ)上再次做那個(gè)關(guān)于量子公設(shè)和原子新理論的報(bào)告,進(jìn)一步總結(jié)互補(bǔ)原理,給量子論打下整個(gè)哲學(xué)基礎(chǔ)。


兩位實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家做完報(bào)告后,大家就對(duì)他們的實(shí)驗(yàn)做了探討。然后德布羅意做了報(bào)告,他試圖把粒子融合到波的圖像里去,提出了一種“波導(dǎo)”的理論,認(rèn)為粒子是波動(dòng)方程的一個(gè)奇點(diǎn),它必須受波的控制和引導(dǎo)。報(bào)告一結(jié)束,泡利就批評(píng)了這個(gè)理論,他首先不能容忍歷史車輪倒轉(zhuǎn),回到一種傳統(tǒng)圖像中,然后他引了一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果來反駁德布羅意,最后,德布羅意不得不公開聲明放棄他的觀點(diǎn)。隨后,波恩和海森堡報(bào)告了他們的《量子力學(xué)》,他們?cè)趫?bào)告最后說:“我們主張,量子力學(xué)是一種完備的理論,它的基本物理假說和數(shù)學(xué)假設(shè)是不能進(jìn)一步修改的?!毖Χㄖ@在他的報(bào)告《波動(dòng)力學(xué)》中仍然堅(jiān)持他那個(gè)非常傳統(tǒng)的解釋,還特別談到用這個(gè)理論如何處理多體問題。這樣一來薛定諤很自然地受到了很多人的“攻擊”,尤其是來自哥本哈根派的波恩和海森堡。海森堡評(píng)論說:“我從薛定諤的計(jì)算中看不到任何東西可以證明事實(shí)如同他所希望的那樣?!毖Χㄖ@承認(rèn)他的計(jì)算確實(shí)還不太令人滿意,不過他依然堅(jiān)持,談?wù)撾娮拥能壍朗恰昂丁薄2ǘ骰鼐吹溃骸安?,一點(diǎn)都不是胡扯?!睂n}報(bào)告之后,進(jìn)行了一般性的討論,洛倫茲作為科學(xué)委員會(huì)的主席主持了討論。他在發(fā)言中表示,大多數(shù)與會(huì)者都建議在量子理論中放棄決定論,而他卻不同意,并尖銳地提出“人們是不是可以相信決定論?難道非決定論是在原理上不可避免的嗎?”在這簡短的挑戰(zhàn)性的導(dǎo)言后,他請(qǐng)玻爾發(fā)言。玻爾接受邀請(qǐng),重復(fù)了他在科摩的講演《量子公設(shè)和原子理論的最近發(fā)展》。接著大家對(duì)玻爾的觀點(diǎn)進(jìn)行了討論,討論中,玻恩提到愛因斯坦,說愛因斯坦曾經(jīng)考慮過波動(dòng)性粒子性如何協(xié)調(diào)的問題。在玻恩發(fā)言之后,愛因斯坦起來發(fā)言,表達(dá)了他對(duì)量子力學(xué)的一般性見解。


愛因斯坦認(rèn)為:“由于對(duì)量子理論的應(yīng)用領(lǐng)域的不同估價(jià),可以從兩種觀點(diǎn)來看待這一理論。”第一種觀點(diǎn)把波函數(shù)看成是描述粒子在空間的實(shí)在分布;第二種觀點(diǎn)把波函數(shù)看成是描述粒子在空間出現(xiàn)的幾率分布。愛因斯坦承認(rèn),第二種觀點(diǎn)比第一種觀點(diǎn)更加完備,因?yàn)榈诙N觀點(diǎn)包含第一種觀點(diǎn)。盡管如此,他仍然反對(duì)第二種觀點(diǎn)。愛因斯坦設(shè)計(jì)了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)來闡明他的觀點(diǎn)。設(shè)有一些電子射向開有一個(gè)小孔的壁障而到達(dá)一個(gè)半球形的底面,那么如何理解電子到達(dá)底面的強(qiáng)度——波函數(shù)的平方?他認(rèn)為只有用第二種觀點(diǎn)解釋,但這必將帶來超距作用的結(jié)果。因?yàn)橐粋€(gè)電子在未到達(dá)底面之前,它在屏上出現(xiàn)的幾率處處相等 而在它到達(dá)底面的瞬間,它在其他點(diǎn)上的幾率就頓時(shí)為零,即它在到達(dá)底面的瞬間,影響了其他點(diǎn)上電子出現(xiàn)的情況,這顯然是一種超距作用。于是愛因斯坦認(rèn)為從中可以清楚地看出哥本哈根解釋的內(nèi)部矛盾。


愛因斯坦這種用“超距作用問題”來反駁哥本哈根詮釋的意見引起了熱烈的討論??上У氖?,玻爾等人的原始討論記錄沒有資料保存下來,至于最后玻爾如何對(duì)這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析,使愛因斯坦提不出反駁,我們就不得而知了,只能通過幾位當(dāng)事人的回憶來粗略地了解下當(dāng)時(shí)的情景了。


海森堡在1967年的回憶里說道:


“討論很快就變成了一場愛因斯坦和玻爾之間的決斗:當(dāng)時(shí)的原子理論在多大程度上可以看成是討論了幾十年的那些難題的最終答案呢?我們一般在旅館用早餐時(shí)就見面了,于是愛因斯坦就描繪一個(gè)思維實(shí)驗(yàn),他認(rèn)為從中可以清楚地看出哥本哈根解釋的內(nèi)部矛盾。然后愛因斯坦、玻爾和我便一起走去會(huì)場,我就可以現(xiàn)場聆聽這兩個(gè)哲學(xué)態(tài)度迥異的人的討論,我自己也常常在數(shù)學(xué)表達(dá)結(jié)構(gòu)方面插幾句話。在會(huì)議中間,尤其是會(huì)間休息的時(shí)候,我們這些年輕人——大多數(shù)是我和泡利——就試著分析愛因斯坦的實(shí)驗(yàn),而在吃午飯的時(shí)候討論又在玻爾和別的來自哥本哈根的人之間進(jìn)行。一般來說玻爾在傍晚的時(shí)候就對(duì)這些理想實(shí)驗(yàn)完全心中有數(shù)了,他會(huì)在晚餐時(shí)把它們分析給愛因斯坦聽。愛因斯坦對(duì)這些分析提不出反駁,但在心里他是不服氣的?!?/span>


玻爾后來回憶說,愛因斯坦有一次嘲弄般地問他,難道親愛的上帝真的擲骰子不成?早在1926年愛因斯坦寫給玻恩的信里,他就說:“量子力學(xué)令人印象深刻,但是一種內(nèi)在的聲音告訴我它并不是真實(shí)的。這個(gè)理論產(chǎn)生了許多好的結(jié)果,可它并沒有使我們更接近‘老頭子’的奧秘。我毫無保留地相信,‘老頭子’是不擲骰子的。”


通過這次論戰(zhàn),大家普遍認(rèn)識(shí)到哥本哈根派關(guān)于波函數(shù)的解釋更具完備性,對(duì)量子力學(xué)的原理有了更深刻的認(rèn)識(shí),雖然愛因斯坦和薛定諤提出的反駁一一被玻爾等人駁回而暫時(shí)無語,但哥本哈根派的量子力學(xué)理論關(guān)于量子規(guī)律本質(zhì)上是概率統(tǒng)計(jì)性的,非決定論的觀點(diǎn)是不會(huì)這么容易讓虔誠信仰因果律的愛因斯坦心服口服的,更大規(guī)模、更加激烈的論戰(zhàn)即將到來。


三、第六屆索爾維會(huì)議上的論戰(zhàn)




1930年第六屆索爾維會(huì)議的主題原本是“物質(zhì)的磁性”,但最后會(huì)議發(fā)展為關(guān)于量子力學(xué)基礎(chǔ)問題的爭論,爭論雙方主要集中在愛因斯坦和玻爾之間。


愛因斯坦試圖從能量和時(shí)間的測量方面來否認(rèn)不確定關(guān)系,設(shè)計(jì)了一個(gè)后來被稱為“愛因斯坦光箱”的理想實(shí)驗(yàn)。愛因斯坦在黑板上畫了一個(gè)箱子,并說到,想象箱子里充滿輻射,箱壁有一個(gè)可以用快門來開合的小孔。稱量箱子的重量,開啟快門一段時(shí)間,讓一個(gè)光子飛出,再稱量箱子的重量。質(zhì)量的損失必定等于一個(gè)光子的質(zhì)量,根據(jù)相對(duì)論質(zhì)能公式,它可以換算成能量的損失。從原則上講,這一質(zhì)量或能量損失可以無限精確地測定出來,因此光子的能量不確定性為零。而光子飛出時(shí)間的不確定性是有限的時(shí)間。這意味著兩種不確定性的乘積應(yīng)當(dāng)?shù)扔诹悖瑥亩`背了能量——時(shí)間的測不準(zhǔn)原理。


玻爾聽完愛因斯坦的講話后,感到十分震驚,頓時(shí)束手無策,玻爾遇到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。根據(jù)出席會(huì)議的物理學(xué)家羅森菲爾德回憶說:


“(玻爾)極力游說每一個(gè)人,試圖使他們相信愛因斯坦說的不可能是真的,不然那就是物理學(xué)的末日了,但是他想不出任何反駁來。我永遠(yuǎn)不會(huì)忘記兩個(gè)對(duì)手離開會(huì)場時(shí)的情景:愛因斯坦的身影高大莊嚴(yán),帶著一絲嘲諷的笑容,靜悄悄地走了出去。玻爾跟在后面一路小跑,他激動(dòng)不已,辭不達(dá)意地辯解說要是愛因斯坦的裝置真的管用,物理學(xué)就完蛋了?!?/span>


當(dāng)天晚上,玻爾和他的同事檢查了愛因斯坦光箱實(shí)驗(yàn)的每個(gè)細(xì)節(jié),經(jīng)過一個(gè)夜的苦思,終于想出了一個(gè)從廣義相對(duì)論“紅移效應(yīng)”的反駁愛因斯坦的方案。


羅森菲爾德接著說:


“第二天早上,玻爾的勝利便到來了。物理學(xué)也得救了?!?/span>


玻爾設(shè)想把箱子懸掛在一個(gè)精密的彈簧下面,并把快門與箱內(nèi)的一個(gè)時(shí)鐘相連。他意識(shí)到,當(dāng)時(shí)鐘隨著光子的飛出而向上運(yùn)動(dòng)時(shí),根據(jù)廣義相對(duì)論,時(shí)鐘在引力場中的位移必定會(huì)使其快慢發(fā)生改變。這就給時(shí)間間隔引入了一種不確定性。結(jié)果,玻爾的計(jì)算表明,能量——時(shí)間的測不準(zhǔn)原理仍然成立。


這次論戰(zhàn),愛因斯坦再次被擊敗了。1930年以后,他似乎承認(rèn)了哥本哈根派關(guān)于量子力學(xué)理論內(nèi)部邏輯的自洽性。1931年,他向瑞典科學(xué)院提名“波動(dòng)力學(xué)或量子力學(xué)”的創(chuàng)始人薛定諤和海森堡為諾貝爾獎(jiǎng)候選人。并于1932年和1933年,海森堡和薛定諤分別獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。但是愛因斯坦遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有對(duì)量子力學(xué)感到滿意,但仍對(duì)玻爾所理解的量子力學(xué)統(tǒng)計(jì)解釋持否定態(tài)度,因?yàn)榱孔永碚摫旧聿⒉荒茏C明概率特性就是微觀粒子自身的屬性。所以接下來,愛因斯坦將攻擊方向轉(zhuǎn)移到量子力學(xué)的完備性上來,從而使論戰(zhàn)達(dá)到了頂峰。


四、EPR疑難




1935年愛因斯坦、波多爾斯基(Boris Podalsky)和羅森(Nathan Rosen)合寫一篇題為《量子力學(xué)對(duì)物理實(shí)在的描述可能是完備的嗎?》的論文,發(fā)表在《物理評(píng)論》雜志上。這篇論文對(duì)量子力學(xué)提出了最深刻的詰難,不但在物理學(xué)上而且在哲學(xué)上都達(dá)到了一個(gè)新的高度,這個(gè)詰難以三位發(fā)起者的首字母命名為 “EPR疑難”。


EPR 認(rèn)為:自然界是一個(gè)實(shí)在,它存在于人類意識(shí)之外,我們可以通過觀察、實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)它的規(guī)律,并且這個(gè)規(guī)律與我們無關(guān),僅僅屬于這外存的實(shí)在。雖然由于儀器的影響會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)誤差,但因?yàn)榭陀^存在的性質(zhì)是獨(dú)立的,不依賴我們的,所以我們最終能排除儀器的偏差而了解客體的真正性質(zhì)。并認(rèn)為任何一個(gè)完備的理論都必須包含這樣兩個(gè)前提:


1、實(shí)在性:現(xiàn)象的規(guī)律性是由某種獨(dú)立于人類觀察者之外而存在的物理客體所引起的。


2、定域性:即物體在空間的分離性。物理實(shí)體在空間可以彼此徹底不相關(guān)地存在,其理由是在我們的宇宙中沒有任何一類作用能比光速快。


接著,EPR提出了一個(gè)二體系統(tǒng)的理想實(shí)驗(yàn):


設(shè)一自旋為0的靜止粒子衰變成為兩個(gè)粒子A和B,“上”和“下”為粒子自旋沿任意方向的兩個(gè)本征態(tài)。按照量子力學(xué),測量前系統(tǒng)處于自旋為單態(tài)的雙粒子糾纏態(tài),即每個(gè)粒子的自旋處在一種“上”“下”兩個(gè)本征態(tài)的疊加態(tài)?,F(xiàn)在我們對(duì)A粒子的自旋進(jìn)行測量,于是它的波函數(shù)瞬間坍縮,隨機(jī)地選擇了一個(gè)狀態(tài)。如測量結(jié)果為A粒子處于本征態(tài)“上”,則B粒子立刻自動(dòng)處于本征態(tài)“下”;如測量結(jié)果為A粒子處于本征態(tài)“下”,則B粒子立刻自動(dòng)處于本征態(tài)“上”。上述理想實(shí)驗(yàn)說明了以下兩點(diǎn):


1、測量結(jié)果必伴隨著雙粒子態(tài)從它的疊加糾纏態(tài)坍縮到它的一個(gè)本征態(tài),例如坍縮到本征態(tài)“上”或“下”,該過程是一個(gè)瞬時(shí)的非局域的非決定論的過程。


2、處于糾纏態(tài)中的二個(gè)粒子,即使不存在因果關(guān)連或其間隔為類空間隔,上述測量結(jié)果依然成立。


EPR認(rèn)為情況1違背了完備性理論的實(shí)在性,情況2違背了完備性理論的定域性。雖然在微觀物理中,量子力學(xué)的計(jì)算結(jié)果能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供準(zhǔn)確的預(yù)言,它的物理基礎(chǔ)卻是不完備的有待改進(jìn)的,這就是著名的“EPR疑難”。


薛定諤對(duì)EPR論文進(jìn)行了詳細(xì)的數(shù)學(xué)表示和推廣,并受此啟發(fā),同年也發(fā)表了一篇題為《量子力學(xué)的現(xiàn)狀》的論文,提出了更多的疑難,如其中很著名的“薛定諤的貓”疑難。


同年7月13日《物理評(píng)論》編輯部收到了玻爾的論文,這篇文章的題目和EPR文章的題目一樣,也取名為《能認(rèn)為量子力學(xué)對(duì)物理實(shí)在的描述是完備的嗎》,玻爾更仔細(xì)地闡明了他的“互補(bǔ)性原理”,然后從這種觀點(diǎn)出發(fā),反駁EPR關(guān)于完備理論的物理實(shí)在性,力主量子力學(xué)對(duì)物理實(shí)在性的描述,進(jìn)而肯定量子力學(xué)理論是完備的。玻爾認(rèn)為EPR文章中所提出的那種關(guān)于物理實(shí)在性的判據(jù),本身就是站不住腳的。從而EPR的論證也就不能說明量子力學(xué)的不完備性。玻爾認(rèn)為:測量手段會(huì)影響賴以定義物理量的條件,而這種條件對(duì)于描述確定的“物理實(shí)在”的現(xiàn)象是必不可少的,例如兩個(gè)局部體系A(chǔ)粒子和B粒子在未觀測之前是一個(gè)用統(tǒng)一波函數(shù)描述的總體系——雙粒子糾纏態(tài),它們是相互聯(lián)系的整體,正因?yàn)檫@種關(guān)聯(lián),粒子的自旋處在疊加態(tài),這時(shí)所謂的自旋不具有物理意義,直到對(duì)其中任何一個(gè)粒子的測量,自旋才能稱為確定的“物理實(shí)在”的現(xiàn)象,而這種測量必定會(huì)擾動(dòng)原先作為整體的另一個(gè)粒子的狀態(tài),因?yàn)閮闪W釉臼菂f(xié)調(diào)統(tǒng)一的,之間就無需傳遞什么超光速的信息。這樣一來玻爾并不認(rèn)為EPR的理想實(shí)驗(yàn)違背了物理定域性,只是不贊同他們關(guān)于物理實(shí)在性的描述。玻爾認(rèn)為量子現(xiàn)象是一種整體性的概念,只有在完成測量以后,才能稱得上是一個(gè)現(xiàn)象,純粹地屬于外在世界的性質(zhì)、規(guī)律在量子力學(xué)中是不存在的。


EPR論證未被玻爾接受,同樣玻爾的反駁也不能令愛因斯坦信服。這場論戰(zhàn)表明,在EPR的“經(jīng)典實(shí)在觀”看來,量子力學(xué)是不完備的,而在玻爾的“量子實(shí)在觀”看來,量子力學(xué)是非常完備和自洽的。


兩人在哲學(xué)基礎(chǔ)上的完全不同,直到愛因斯坦逝世也沒能得到調(diào)和。愛因斯坦的結(jié)論是:


“目前流行的看法是,只有在物理實(shí)在的概念削弱之后,才能體現(xiàn)已由實(shí)驗(yàn)證實(shí)了的自然界的二重性(粒子性和波性)。我認(rèn)為,我們現(xiàn)有的實(shí)際知識(shí)還不能做出如此深遠(yuǎn)的理論否定;在相對(duì)論性場論的道路上,我們不應(yīng)半途而廢?!?/span>


這段話寫于他逝世的前三年1952年。在生命的最后三十年里,愛因斯坦義無反顧地走上了這條道路,孤獨(dú)地尋找著一種比量子理論更為基本的理論。


1962年,就在玻爾去世的前一天,他還在黑板上畫了當(dāng)年愛因斯坦光箱實(shí)驗(yàn)的草圖,解釋給前來的采訪者聽。這幅圖成了玻爾留下的最后手跡。


至此,量子力學(xué)發(fā)展史的這場大論戰(zhàn)也結(jié)束了,雖然這是一場十分尖銳、激烈和曠日持久的論戰(zhàn),但論戰(zhàn)雙方卻始終保持著真摯、深厚的友誼,這是一場真正的學(xué)術(shù)論戰(zhàn),是學(xué)術(shù)論戰(zhàn)的光輝典范。這場論戰(zhàn)大大地促進(jìn)了人們對(duì)量子論本質(zhì)更深刻的認(rèn)識(shí),并且支持和深化了正統(tǒng)量子力學(xué)觀點(diǎn),同時(shí)也開辟了量子信息學(xué)等這樣一些有廣大應(yīng)用前景的新研究方向。


最后,送大家一張圖,來清楚闡釋這些物理學(xué)家都在爭論什么。



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