12.18 量子力學那點事華山論劍之一:上帝不擲骰子

這事還得從索爾維說起。索爾維是一個比利時企業家,他發明了氨鹼法制純鹼,後來發現他並不是第一個發明的,不過他是第一個使得氨鹼法制純鹼工業化的,所以氨鹼法又叫做索爾維法,後來一箇中國人改進了索爾維的方法,大大提高了效率,這個中國人就是侯德榜。

索爾維發財之後,想到了一個人,沒錯,他想到的是諾貝爾,當時諾貝爾獎如日中天,蓋過了古老的科普利獎。於是索爾維也設置了一個索爾維獎,不過索爾維獎比較小氣,不是錢少,而是限定了獲獎科學家的語言,得說法語或者荷蘭語,而且還得有三名科學家推薦,推薦的科學家中必須還得有兩個比利時人,明說吧,就是獲獎者得是比利時人,沒有啊,人家語言可是沒有規定比利時語啊,這就是索爾維的狡黠之處,因為根本就沒有比利時語,比利時的官方語言就是法語德語荷蘭語,依照他的規定,愛因斯坦肯定得不了獎,因為愛因斯坦說德語。

這種玩法就跟灣灣的金馬獎差不多,憋著勁想讓自己人獲獎,可自己人又不爭氣,生生降低了自己的資格,所以索爾維獎遠沒有諾貝爾獎影響大。

設科學獎玩不過諾貝爾,索爾維只好另闢蹊徑,乾脆組織武林大會,不對,是科學大會,邀請世界上最著名的科學家來研討最前端的科學問題。

索爾維首屆大會在1911年召開。這時候的索爾維大會用詩人毛潤芝的話來說就是個神仙會,白天聊聊天,晚上喝喝酒,不過這怎麼能過癮呢,於是第五屆索爾維會議主題就定為了“光子和電子”。

華山論劍開始了

先上圖吧。

量子力學那點事華山論劍之一:上帝不擲骰子

天下英雄

這是第五屆索爾維會議的合影,可能是有史以來人類智慧的最高代表。牛頓爵爺別不服氣,誰叫你那時候成天不是懟這個就是滅那個,你雖然高於其中的任何一個人,可是好漢也怕人多不是。

大會主席就是德高望重的洛倫茲。當年老爺子提出洛倫茲變換,第一個解釋了邁克爾遜莫雷實驗的零結果,愛因斯坦就是在洛倫茲變換的基礎上提出了狹義相對論,傳說當年只有兩個半人懂相對論,洛倫茲老爺子就是那半個人,這是一位連愛因斯坦都不得不尊重的偉大物理學家,由他來做大會主席那是當之無愧的。

關鍵是老爺子還是一位語言天才,德語法語英語都精通,由他當大會主席,還省了請翻譯的錢了,要不大家語言不通,如同雞同鴨講,這也沒法討論不是,其實就算請了翻譯也不好說,哪個翻譯能對最前端的物理概念如數家珍啊,要是有這份本事,誰還當翻譯啊,直接就是物理學家啊。

值得一提的是小王子德布羅意,他和索爾維大會淵源頗深,他哥哥就是索爾維大會的秘書,當年就是看了索爾維大會的會議紀要,德布羅意才對物理學產生了興趣,本來他是學歷史的,物理對於他來說就是玩票,結果就玩出了一個諾貝爾獎,這位不羈少年本來準備去參加歷史學研討會,聽說這麼多大佬參加,預感到有大事發生,就退了火車票來參加大會。

玻爾卻沒有這個覺悟,以為這還是一次勝利的大會,團結的大會。玻爾這麼想也有道理,經過這麼多年的艱苦奮鬥,在普朗克和愛因斯坦還有他本人的努力下,三劍客帶領諸位英雄少年終於懟翻了爵爺,是可以總結一下了。

大會一開始,小王子德布羅意就站了出來,聲明自己並不支持量子力學的哥本哈根解釋,沒等小王子說完,就被泡利懟了回去。

泡利此人的立場頗值得玩味,他的教父是鼎鼎大名的馬赫,而愛因斯坦最尊重的就是馬赫,曾稱馬赫為老師,所以泡利也以愛因斯坦繼承人自居,也不知道他們這輩兒是怎麼算的。

泡利的老師就是桃李滿天下的索末菲,此公的學生大部分都獲得了諾獎,就他本人沒有獲得,他曾經意圖修補玻爾的原子模型,而且成績斐然,不過玻爾後來徹底放棄了這個模型,所以從師承來說泡利是量子力學的大將,不過內心深處更傾慕愛因斯坦。

這邊兩人爭論未完,那邊海森堡聯手波恩又開始和薛定諤吵了起來。

海森堡和玻爾關係非常,二人情同父子,自然是無條件支持玻爾。

波恩則是撿漏大師,當初海森堡提出矩陣方程後,得意洋洋,以為自己開創了不但突破了物理學,還開創了數學的新天地,說不定可以超越玻爾,和牛頓爵爺齊名,波恩看到論文當即指出矩陣這個數學方法早就有了,並且和約爾當合作重新整理了矩陣方程,海森堡也只能無可奈何地把矩陣力學的發明權與波恩約爾當分享。

薛定諤提出波動方程後,波恩用哥本哈根的觀點解釋波動方程,就讓薛定諤非常不爽,現在波恩舊事重提,薛定諤勃然大怒,老子自己的方程自己不懂嗎?用你來解釋,再說你們的解釋純粹胡扯,老子還是相信愛因斯坦。

薛定諤一生放蕩不羈,號稱“物理界的段正淳”,一生情人無數,關鍵是情人之間還能和平相處,物理界的段王爺名不虛傳。傳說在寫波動方程之時,就有一位神秘情人陪在身邊,這才文思泉湧,創造了不亞於愛神奇蹟年的成就。愛因斯坦也是風流人物,不但和表姐結婚,據說還和蘇聯女間諜曖昧不清,所以兩人算得上惺惺相惜。

大家吵的不可開交,有兩個人卻一直沉默。一個是玻爾,一個是愛因斯坦。

玻爾已經感覺到了這已經不再是一個團結的大會,可是愛因斯坦還沒有發話,他自然也不能說話。

咱們來做一個實驗吧。愛因斯坦終於發言了,玻爾聽聞聳然一驚,什麼?愛因斯坦你做實驗,誰不知道你四體不勤五穀不分,老婆要是不在身邊,你連襪子都找不著,你居然肯屈尊降貴做實驗,誰信啊?

呵呵,我說的是思想實驗,不用動手動腳的,愛因斯坦微微一笑,說出了著名的“愛因斯坦狹縫實驗”。

愛因斯坦設置的狹縫實驗和雙縫實驗類似,不過只有一個縫隙,對著擋板上的縫隙發射一個粒子,在穿越狹縫時,擋板會給粒子朝上或者朝下的動量,根據動量守恆定理,擋板受到的衝量就是粒子獲得的動量,只要測量擋板的衝量就可以得到粒子的動量,那麼就可以得到粒子的動量,而狹縫的寬度是可以測量的,所以,不確定性原理不正確。

愛因斯坦說罷,哈哈一笑,看了看玻爾,玻爾苦笑一聲,你說愛因斯坦啊愛因斯坦,你也算是量子論的創始人,這麼拆臺有意思嗎?再說咱倆什麼關係,連諾貝爾獎都一年得,有什麼話不會私下說嗎?

不過既然人家出招了,也得接著啊。玻爾沉吟良久,回應道,擋板也是量子系統的一部分,所以無法精確測量擋板的衝量,所以也就無法得到粒子的動量,因此必須遵守不確定性原理。

愛神的笑容慢慢凝固,衝口而出“上帝不擲骰子”,其實這才是愛神懟玻爾的真正原因,作為量子論的創始人,愛因斯坦並非反對量子力學,他只是不滿玻爾的哥本哈根解釋,愛神從根本上來說,還是承襲自牛頓的決定論者,而玻爾的哥本哈根解釋則讓決定論無處容身,和愛神的世界觀不符。

“愛因斯坦,不要教上帝怎麼做?”玻爾也生氣了,明明自己見招拆招,已經贏了,可愛因斯坦居然掀了棋盤,這算什麼人啊?

第五屆索爾維會議就這樣結束了,不過玻爾並沒有勝利的喜悅,因為他知道愛因斯坦並非易與之輩,下一屆會議一定又是一場血雨腥風。

三年後,愛神捲土重來,這次愛因斯坦沒有廢話,上來就亮出了光箱實驗,其實就是狹縫實驗的升級版。

量子力學那點事華山論劍之一:上帝不擲骰子

光箱實驗

假設有一個充滿光子的箱子,箱子上有一個小孔,箱子內部的時鐘可以控制一個快門的開啟,快門開啟一次只能允許一個光子通過,箱子的重量可以精確測量,這樣一個光子飛出去之後,根據質能方程,就可以根據損失的質量測量出其能量,而且由於快門開關是一個常數,這樣就同時得到了光子的時間和能量,測不準原理可就失效了。

這一夜,玻爾輾轉反側,夜不能寐,如果不能破解愛因斯坦的思想實驗,那麼量子學派就土崩瓦解了。

第二天,看到玻爾的星星白髮,愛神也不禁唏噓,看來把老朋友逼慘了,早就聽說中國有一個故事叫伍子胥一夜白頭,看來是真的,中國人真牛啊。

玻爾雖然面容憔悴,卻精神抖擻地站在了愛因斯坦面前,玻爾指出,要想精確測量箱子的重量,應該用一個彈簧秤,這樣箱子重量的變化,就會造成位置的變化,就可以根據彈簧長度的變化測量出來,但是,根據廣義相對論,位置在引力場中的變化會引起時間的延長,這樣說來,兩者還是無法精確測量。

愛神一聲大叫,吐血斗升,“你這是“乾坤大挪移”?”愛因斯坦說什麼也沒有想到,玻爾居然用廣義相對論來反對他自己,“不,是“以彼之道還施彼身”,還請愛兄指教”,玻爾抹了抹頭上的冷汗,微微笑道,泡利扶起愛神,指著玻爾叫道:“你居然使用東方邪術。”“不,這不叫邪術,這是東方智慧。”海森堡站在玻爾身後說道。

“好,好,你再等我三年。”愛神推開泡利,踉蹌著向門外走去,夕陽把愛神的影子拉得很長,顯得那麼落寞。

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