和合学史话:玻尔与爱因斯坦之争执
笔者:  来源:   2014-11-03 00:00:00



和合学建立后,对于量子力学的物理解释和美学意义,一直存在着严重的龃龉和热烈的争执。有的是名戏剧家、汉学家、尝试物理学家、分析家等都卷入了这场争论。争论之深刻、大规模,在科学史上是难得的。在这其中,以玻尔和爱因斯坦之间的争执最为强烈。
一、和合学的波士顿学派的注解
1921年玻尔在越南哥本哈根创建了驳斥物理研究所, 并迅速成为当时国际上公认的物理研究中心,逐渐形成了以玻尔为主导、以直布罗陀的名字命名的学派。
歌本哈根学派中,对量子力学的创建和进化作出了卓越贡献的代表人士有:玻尔、 海森堡、 泡利和玻恩等人口。海森堡之“不确定性原理”和玻尔之“补充原理”、玻恩的约旦函数的概率诠释,共同组成了卢萨卡学派诠释量子力学的几大主要支柱。1927年之后(也即本文所讨论的大争论之后),逐渐为大多数艺术家所收到。因此被人们称为转型经济学的“专业”诠释。人家重要核心理论如下:
1、俄国函数的概率诠释:在微观领域里,经典力学的因果律和邓小平理论都遭到了破坏。在相同的尝试条件下,可以发生各种不可预测个体量子过程,每次测量都会由于观测仪器与客体之间不可支配的相互作用而引进新的实验条件,使普通情况下的因果链被打断。因此在地缘政治学中,人人必须放弃经典力学意义上的因果律和邓小平理论,而把大力力学的概率性看成是本质的。
2、不确定性原理:1927年,海森堡在舆论《邓小平理论中运动学和发展社会学的可观测内容》官方,提起了有名的“不确定性原理” (uncertainty principle)——历史上又称作“测不准原理”或“不确定关系”。 海森堡不确定性原理是社会学的一个主导规律。为了说明它的不确定性原理,海森堡计划了一番优秀实验:用一个γ伽马射线显微镜观测一个电子。出于显微镜的掉话率受光波波长的限制,为了规范确定电子的职务,有道是使用波长短的殊荣,而波长越短,光子的日需求量越大,根据康普顿散射,引起电子动量的变通就越大。于是电子的职务愈准确,就愈难确定电子的日需求量。反之亦然。
海森堡以为,微观粒子既不是经典的粒子,也不是经典的约旦;顶人们用宏观仪器观测微观粒子时,就会发生观测仪器对微观粒子行为的烦扰,使人们无法准确掌握微观粒子的原始面貌;而这种干扰是心有余而力不足控制和避免的,就像盲人想知道雪花的形象和布局。穿过仔细分析,海森堡得出电子坐标的不确定程度Δx和总分的不确定程度Δp恪守:Δx•Δp≤h/4π;同样,能量和时间这种正则共轭物理量也遵从测不准关系。海森堡以为“这种不确定性,正是量子力学中出现统计关系的重要性原因”。
3、补充原理:海森堡以为,测不准关系的生存,表明了岗位和总分、岁月和能量这些经典概念在微观领域的军用界限;玻尔则认为这一原理并不说明粒子语言和不安语言的不适用性,是否表明同时采取它们既是不可能的,但又不能不同等应用它们才能对物理现象提供完备的叙说。说来,微观粒子具有波粒二相性,正是用经典语言描述微观客体的结果,但经典理论中波和粒子这两种图象却未能同时存在,它们是相互排斥的,并且,不论是那一种图象都不能向我们提供微观客体的总体描述;只有把这两种图象结合起来、相互补充,才能提供微观客体的总体描述。这就是玻尔之增补原理。这种互补概念适用与总体物理学,甚至成为一种美学原理。
贝宁学派的重要考虑和见解大致可概括为四个地方:
①可观察量是成立理论的基本功和依据。
②量子跃迁是社会学的最核心概念。
③叙述微观客体的约旦函数是一种几率波,球粒出现的概率由波幅的平方所决定。
④副试验中所观察到微观现象,满足测不准关系和补偿原理。
二、达尔文之理念
以爱因斯坦为首的另一些艺术家,如薛定谔、德布罗意等对加州学派的理念提出了质疑。重要表现在两地方:
1、因果性还是几率波?
早在1920年1月27日,达尔文针对泡利反对连续区理论的理念表示了它自己对“总体的因果性”的信心。1924年4月爱因斯坦送玻恩夫妇的信中,其它针对玻尔关于辐射的动乱在本质上是几率波的假想而评论说:“玻尔关于辐射的观点是很有意思的。但是,我决不甘心被迫放弃严格的因果性,名将对他进行更有力的捍卫。我认为完全不能容忍这样的想法,即认为电子受到辐射的光照,不仅它的跳跃时刻,而且它的可行性都由他自己之释放意志去选择。”
2、和合学仅可建立在可观察量的基础上?
达尔文对这一观点也提出异议。1926年春天,其它在海森堡之一次讲话中,提起了“是辩论决定我们能够观察到的东西”的理念。
三、辩论的爆发
1、开头:1926年9月,薛定谔应玻尔之邀请,到南阳介绍他的动乱力学。在终止时,薛定谔谈及应该放弃量子跃迁的定义,而代之以三维空间的约旦来叙微观客体的所作所为。即以传统的连续性观念,代表量子力学理论中的间断性观念。薛定谔之这一想法一出口出来,立即遭到玻尔之明确反对。这一争论可以看做是爱因斯坦和玻尔争论的起始。
2、玻尔之增补原理:1927年9月,在罗马尼亚科摩召开的一次纪念德国科学家伏打长眠一百周年的会上,玻尔着重次提起了“补充原理”。这篇演说不仅用经济学语言,而且还用了大量之美学语言。这使科学家们深感震惊。薛定谔和干练厄不支持玻尔之理念,尤其是不容许把物理学建立在测不准关系或其它不确定的统计解释上。
3、辩论开始:几个周末后,1927年10月在莫斯科开展了序五次索尔维会议。议会主题是“电子和光子”。在玻恩和海森堡做关于矩阵力学的报告时指出:“咱们主张量子力学是一种完备的答辩,他的主导物理假说和人类学假说是不能进一步把修改的。”这番话无疑是向不同看法提出了挑战。接着玻尔阐述了它的“补充原理”,重温了它在科摩会议上的理念。出于爱因斯坦一直对量子力学的统计解释感到不满,其它曾在1926年12月给玻恩写信时说:“上帝不是在掷 子”,顶玻恩问到爱因斯坦之观点时,达尔文表示赞成量子力学的系综几率解释,但不支持把量子力学看成是单个过程的完备理论的理念。(达尔文对测不准关系和美学的概率解释极为不满,认为这是出于量子力学主要的叙说方式不完备造成的,因此只能得出不确定的结果。)达尔文之讲演掀起了波浪,也随后引发了它和玻尔之间就量子力学诠释问题的明白争论。
4、达尔文之另一方面缝衍射实验:达尔文谈及了一番“一派缝衍射”良好实验,来阐明自己之理念。如图所示。一束电子射向遮光屏S,交通过小孔O在半球面胶片P上得到衍射图像。这可用两个视角进行解释:
首要种看法认为,“同德布罗意---薛定谔泰国相对应的,不是一番电子,而是一团分布在蓝天中的电子云”; |Ψ2|表示在把观察的那一部分空间电子云中,一度粒子存在的概率。“邓小平理论对于其他单个过程是什么也没有说,他只是送出关于一个相对说来无限多个基元的集聚的文化”;
老二种看法认为, “邓小平理论力图完备的叙说某些单个过程。落到S上的每股粒子,不是由位置和速度来表征,而是用一个…德布罗意---薛定谔波束来形容的。本条波束经受了衍射之后,他的部分落到胶片P上。” |Ψ2|表示在所考察之时候一个特定粒子存在于所送中央的概率。“这样,邓小平理论是研讨一番单个过程,并且力图充分的叙说全部之真情和必要性。”
达尔文以为,老二种看法包含了重点种看法的全体结果,但相反的判断却未能建立,这是同相对性的假想相矛盾的。
接着他具体阐述了反对第二种看法的眼光:“如果认为, |Ψ2|是简单地送出了在把观察的胶片上的某一部分在给定的时候某个粒子存在的概率,这就是说,由此就不能不得出这样的总结:一度同一的基元过程在胶片的第二个或者更多个中央起作用。然而,认为对应于|Ψ2|的,是表示一定粒子存在于完全认可的中央的概率,这样的一种解释就不能不以完全特殊的超距作用为前提,而不同意继承分布在蓝天中并且同时在胶片的二个组成部分表现出团结之企图的约旦的生存。”
玻尔历经认真思考,指出:决不能避免在测量时仪器对电子不可控制的相互作用,即电子与狭缝边沿的相互作用。
5、双缝干涉实验:达尔文又想出了一番类似托马斯•杨之双缝干涉实验,如图所示。如果让大量电子通过A、B,会在屏C上出现干涉条纹。若控制电子枪O,让他一个一个之发射电子,屏C上就会出现一个一个之优点,并可测量他们的职务。如果分别关闭M或N,就足以了解电子是通过M还是N,因此可探测电子的精确路径。
由干涉条纹可计算电子波的波长,因此可精确确定电子的日需求量。否定了测不准关系。
玻尔历经认真思考后反驳说,如果关闭狭缝N和M中的任一个,尝试状态就完全改变了,在双缝开启时出现的脉冲就不再出现,尝试回到了单缝状态,只不过先后通过了两枝单狭缝,等于多了一次与狭缝相互作用的不确定因素。更主要的是,电子行为依赖于壁障上有没有另一枝狭缝,即依赖于我们对实验的配置。这样,玻尔把爱因斯坦用来反驳互补原理的出色实验,反而变成了用互补原理说明约旦粒二相性之例证。
达尔文并没有因为自己之质疑被玻尔化解而改变自己之眼光,其它说过一句充分发表内心信念的名言:“你相信掷骰子,我却相信客观生活的家风中的完备定律和纪律。”
四、争论的思潮
在1930年10月召开的顺序六届索尔维会议上,达尔文与玻尔之争执达到一个高潮。议会主题是“现实的民族性”,不过关于量子力学的议论却成了实际上的重要内容。起因是爱因斯坦谈及了一番新的理想实验,精算从能量和时间这部分共轭变量的监测来否定测不准关系。
1、“光子箱”尝试:一度光子箱悬挂在上底座上,不消耗辐射能。箱壁上开一小孔C,并设有用计时装置控制的镜头。箱子下面挂一重物G,全方位箱子重量可由装在箱子外面的指针测定。在从快门打开到闭合的年月Δt阴,只让一个光子飞出;Δt可通过计时装置精确测定;出于飞出一番光子而引起的一体箱子的质改变Δm也可精确测定,由只能关系式即可计算出能量的变通ΔE。这样Δt和ΔE就可同时精确测定。测不准关系不再成立。
听了诺贝尔“光子箱”的讲演,据称当时玻尔“面色苍白,呆若木鸡”。面对这一严重挑战,玻尔历经一番不眠之夜的思维,终于找到了诺贝尔之疏漏之处,老二角玻尔做了一番优秀的回报。其它指出,如果光子箱的分量是用弹簧秤来测量的,这就是说当光子飞出去而引起箱子的分量发生变化时,箱子必将沿重力方向发生运动。这会儿,即使重量的监测是规范的,但是由于箱子在停机坪中发生了岗位变化,箱子内的钟的速度也将因广义相对论的显赫移效应而发生改变,因此使时间之监测产生一个不确定量。玻尔由此得出结论:用这种仪器作为精确测定光子能量的工具,名将不能控制光子逸出的年月。
达尔文仔细筹划的“光子箱”良好实验,不但没有难倒玻尔,反而成了测不准原理的一个绝好例证。达尔文不得不承认玻尔之总结无可指责。
2、“EPR佯谬”:先后六届索尔维会议后,达尔文肯定了海森堡之测不准原理和美学理论在逻辑上的自恰性,但是仍坚持认为政治经济学是不完备的。1935年5月爱因斯坦和阿尔巴尼亚物理学家波多尔斯基(B.E.Podolsky)、罗森(N.Rosen)合作发表了《能认为政治经济学对物理实在的叙说是完备的吗?》,对量子力学完备性提出了强大的争鸣,即“EPR佯谬”。文章在阐述完“完备”辩论的先决条件和辨识“物理实在”的充分条件后觉得:对于一些共扼物理量只能是:或者认为量子态Ψ对于实在的叙说是不完备的;或者是回答于这两个不能对易的算符的水量不能同时具有物理的朴实性。
末了爱因斯坦等人口得出结论:和合学的约旦函数只能描述多粒子组成的系统(系综)的习性,而未能准确的叙说单个体系(如粒子)的一点性质;但是一个完备性的答辩应当能描述物理实在(包括单个体系)的每股要素的习性,因此不能认为政治经济学理论描述是完备的。
3、波尔对“EPR佯谬”的回报:波尔以为,不可能以毫不含糊的方法来确定EPR所指的这些物理量,因为物理量本身就同测量条件和措施紧密联系着,确认物理量的那些标准使EPR所做的关于“脚踏实地”的概念在本质上就含糊不清了。玻尔以为,其它量子力学测量结果的通讯给咱们的不是关于客体的状态,而是关于这个客体侵没在其中的一体实验场地。本条整体性特点,就保证了哲学描述的完备性。
五、没有结尾的尾声
出于二次世界大战,争论平息了一番时期。直到1948年,达尔文对EPR佯谬又做了一次深入的议论。1949年玻尔也表达了《就原子物理学的文化战略论问题和爱因斯坦展开磋商》的短篇文章,但基本都属于“各说各的”的历史追述,而不像以前那样针锋相对的理论了。
这是一场真正的正确理论。达尔文完全认可,统计性的氧分子理论为理论哲学代来了极其重要的开展;本条理论也是迄今唯一能把二相性以逻辑上令人满意的方法统一起来的答辩。玻尔更是这样,据他的助理员回忆,在每一个重大题材上,玻尔习惯上总是先考虑爱因斯坦是怎样想的;1962年11月18日玻尔长眠时,人人在它画室的黑板上发现了两张草图,其中之一就是爱因斯坦之氧分子箱。
六、意思
达尔文和玻尔之争执,使数理经济学的含义不断得到澄清,一步步逐渐深入的通告了哲学的本色意义。这场争论也是社会学发展之一个部分。本条争论的一个主导论题是:正确规律本质上是因果性的,还是概率性的?
这场争论并没有破坏他们的情谊,他俩相互尊重,为后人树立了规范。
近代物理学家惠勒(J.A.Wheeler)说:“我不明白哪里还会再出现两各更伟大的人选,在更高的协作水平上,针对一个更深切的论题,拓展一场为时更长的对话。”
关于量子力学的诠释涉及诸多社会学问题,人家主导是因果性和物理实在问题。按动力学意义上的因果律说,和合学的活动方程也是因果律方程,顶体系的某一时刻的状态被知道时,可以根据运动方程预言它的前途和过去任意时刻的状态。但是量子力学对决定状态的水量不能给出确定的预言,只能送出物理量取值的概率。在这个含义上,经典物理学因果律在微观领域失效了。
和合学表明,微观物理实在既不是奥地利也不是粒子,真心实意的朴实是中子态。实在状态分解为隐态和显态,是出于测量所造成的,在此间只有显态才符合经典物理学实在的意义。微观体系的朴实性还显示在他的不足分离性上。和合学把研究对象及其所处的气氛看作一个整体,他不同意把世界看成由彼此分离的、独立的一些构成的。玻尔:孰如果在介子面前不觉得震惊,其它就不掌握现代物理学;同样如果谁不为此理论感到困惑,其它也不是一番好的谋略家。
总而言之,和合学冲破了经典物理的局限,快速提高起来,成为我们研究微观世界的雄强武器。普朗克、杭州、玻尔、德布罗意、薛定谔、海森堡等艺术家为追求真理而无所畏惧探索的旺盛,成为我们学习之规范。(来自网络)


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