玻尔与爱因斯坦的争论.ppt

§6.2.8 玻尔与爱因斯坦的争论 一、量子力学的“正统”解释哥本哈根学派： 玻尔是举世瞩目的丹麦“玻尔理论物理研究所”的筹建者、领导人和一系列国际一流研究工作的组织者、鼓动人，他除其科学成就卓著昭彰外，更在指引、凝聚一代量子物理学家群体共同发展量子理论、探讨其物理诠释和哲学含义方面，表现出惊人的魅力和天才，从而以他为首形成科学史上具有十分突出的科学贡献、非常深奥的思想意蕴的有名学派——哥本哈根学派；这可算得是现代物理的一项特别成果。 量子力学的“正统”解释的要点(1)可观察量是建立理论的基础和依据 人们无法直接观察到原子、电子、光子的行为，而只能在人工安排的特殊条件下对微观客体的行为和特性作出实验观测，从而得出各种观测结果之间关系的规律。但是在人们用特意安排的实验仪器观察微观客体时，就不可避免地要产生干扰，因而可观察量表现出的正是实验环境中的客体的行为和性质。这使量子现象具有主体与客体的不可分性，人们观察到的并不是微观客体本身的行为，而是从宏观仪器上呈现出来的实验观测结果推断出来的结论。这在逻辑上就无法排除人们的主观成分，因此在量子理论中，既包含着客观要素，也包含着主观要素。 (2)量子跃迁是量子力学的最基本概念 它赋予微观客体过程一个实质性的不连续性，这种不连续性构成了人们对微观客体认识的极限。在量子力学中，人们无法同时准确地知道一个微观粒子的位置和动量，遵循“不确定关系”。可以证明对于物理学中的其他“共轭”变量，例如能量与时间，也同样遵循“不确定关系”。同时精确地测定一对共轭正则变量是不可能的，因为原则上所能达到的精确度受到了作用量子的限制。 (3)描述微观客体的波函数是一种几率波，粒子出现的几率由波幅的平方所决定。 由此，在微观领域里，力学的因果律和决定论都遭到了破坏。根据量子力学理论，在同样的实验条件下，可以发生各种不能预期的个体量子过程，因而观测的结果也可能是各种各样的。每次测量都会由于观测仪器与微观客体之间不可控制的相互作用而引进新的初始条件，使通常意义下的因果链被打断。所以在量子力学中，人们必须放弃力学意义上的因果律和决定论，而把几率性看成是本质的。 (4)从实验中所观测到的微观现象，只能用通常的经典语言作出描述。 微观客体的“波粒二象性”，即它的波动性和粒子性，正是用经典语言描述微观客体的结果。这两种图像既互相排斥，又必须同时用于对微观客体的统一性质的描述，所以它们又是互补的。这种互补的概念适用于整个物理学，甚至超越了物理学界而成为有普遍意义的一个哲学原理。 二、爱因斯坦的观点 哥本哈根学派的观点，引起了爱因斯坦、薛 定谔、德布罗意等一些著名的物理学家的质疑，其中以爱因斯坦的观点最具代表性。 爱因斯坦的观点： 1、坚持完全的因果性，对统计因果律持有异议； 2、对观察到的是“物理实在”，而非“客观实在”的观点持有异议， 他曾说过一句充分表达内心信念的名言：“你相信掷骰子的上帝，我却相信客观存在的世界中的完备定律和秩序。” 三、论战的爆发 1926年9月，薛定谔应玻尔的邀请，到哥本哈根介绍他的波动力学。在结束时，薛定谔提出应该放弃量子跃迁的概念，而代之以三维空间的波来描述微观客体的行为。玻尔与薛定谔争论着。他们的争论可以看作是爱因斯坦与玻尔争论的序幕。 1927年9月，在意大利科摩召开了一次纪念意大利科学家伏打逝世一百周年的会议上，玻尔第一次公开了他提出的互补原理。这使到会的科学家们感到震惊。薛定谔和劳厄并不赞成玻尔的观点，尤其是不同意把物理学建立在不确定关系或其他不确定的统计解释上。 玻恩和海森伯作了关于矩阵力学的报告，他们在报告的最后提出：“我们主张量子力学是一种完备的理论，它的基本物理假说和数学假说是不能进一步被修改的。”这番话无疑是向不同意见提出了挑战。会议主席洛伦兹也提出疑义。洛伦兹请玻尔阐述他的互补原理，玻尔发言重复了他在科摩会议上的观点，但是，爱因斯坦一直没有发言，直到玻恩直接问到爱因斯坦的意见，他才起来发言。爱因斯坦表示赞同量子力学的系综几率解释，而不赞成把量子力学看成是单个过程的完备理论的观点。在当时大多数人都赞成量子力学几率解释的情况下，爱因斯坦的发言掀起了波浪．从而引发了他和玻尔之间就量子力学诠释问题的公开争论。 争论举例 1、 “单缝衍射”的理想实验：玻尔指出不能避免在测量时仪器对电子不可控制的相互作用，即电子与狭缝边缘的相互作用。 2、“双狭缝干涉实验”。可测出电子的准确径迹，显示出电子的粒子性。从而克服了单缝实验时测不准的困难。对此，玻尔经过仔细地思考反驳说，如果我们关闭狭缝M或N中的任何一个，实验状态就