
爱因斯坦和玻尔的争论最后的结果,谁赢了
转的^ ^1回合 爱因斯坦发动攻势 爱因斯坦与玻尔这场论战的源头要从牛顿说起。
在20世纪之前,整个物理学尽在牛顿经典物理学的掌控之下,在牛顿的宇宙里,世界就是一个精密的钟表,上帝造好表,上好发条,以后的一切就是确定无疑的。
然而进入了20世纪后,牛顿的这座巍峨神殿在新发现的撞击下轰然倒塌了。
在倒塌的废墟下两个新的门派站了起来,这两个门派,一个是爱因斯坦以一人之力独撑起来的相对论,另一个则是多位大师合力塑成的量子力学。
不过,这两个门派却无法和谐相处,相对论虽然推翻了牛顿的绝对时空观,却仍保留了严格的因果性和决定论,而量子力学却更激进,抛弃了经典的因果关系,宣称人类并不能获得实在世界的确定的结果,它称自己只有由这次测量推测下一次测量的各种结果的分布几率,而拒绝对事物在两次测量之间的行为做出具体描述。
正是这一点成了论战的主战场,爱因斯坦深信,物理学规律是关于存在的规律,而不是一些可能性。
在一些记述中,这场论战往往被过分简化或者美化,说成是正确的某一方击败了另一方,而事实要复杂曲折得多。
两人的第一次交锋是1927年的第五届索尔维会议,尽管没有详细的会议记录,但一些回忆录提供了粗略的记述。
这次会议可说群贤毕至,对支持量子力学的学者来说更是一次成功的大会,在闭幕式之前的讨论中,量子力学派取得了压倒性的胜利,爱因斯坦一直在旁静坐,没有发言。
但是在闭幕式玻尔结束关于“互补原理”的演讲后,提出相对论的天才突然开口了:“很抱歉,我没有深入研究过量子力学,不过我还是愿意谈一些一般性的看法。
” 然后,爱因斯坦用自己研究过的一个关于α射线粒子的例子表示了对之前玻尔等学者发言的质疑,不过他的发言相当温和,甚至没有提及后来双方论战的重点———海森堡的测不准关系和玻尔的互补原理。
在爱因斯坦的发言之后,正式会议结束。
但在之后几天的时间里,讨论在继续。
根据与会人海森堡的回忆,常常是在早餐的时候,爱因斯坦设想出一个巧妙的思想实验,以为可以难倒玻尔,但到了晚餐桌上,玻尔就想出了招数,一次次化解爱因斯坦的攻势。
到最后,谁也没有说服谁。
第一回合,爱因斯坦受到了挫败,但从双方的逻辑立场看,他相信自己占着有利的位置。
因为他只要找到一个能够成立的反例,就可以推翻或者至少动摇玻尔的不确定观点,而玻尔无论举出多少证明他的观点成立的例子也无济于事。
第2回合 “光子盒”无功而返 之后发生的一件事显然进一步“激怒”了爱因斯坦。
1929年,玻尔发表了一篇剑走偏锋的论文,用相对论的基本原理同他的量子力学理论相比较,其中说“通过对于观察问题的深入分析,相对论注定要揭露一切经典物理学概念的主观性质”,为他关于“在主体和客体之间不可能保持任何明确分界线”的主张提供佐证。
早已名满天下的爱因斯坦当然不会容忍这样的“挑衅”。
1930年秋,第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开,早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了一个著名的思想实验———“光子盒”。
这个实验的装置是一个一侧有一个小洞的盒子,洞口有一块挡板,里面放了一只能控制挡板开关的机械钟。
小盒里装有一定数量的辐射物质。
这只钟能在某一时刻将小洞打开,放出一个光子来。
这样,它跑出的时间就可精确地测量出来了。
同时,小盒悬挂在弹簧秤上,小盒所减少的质量,也即光子的质量便可测得,然后利用质能关系E=mc2便可得到能量的损失。
这样,时间和能量都同时测准了,由此可以说明测不准关系是不成立的,玻尔一派的观点是不对的。
没有记载显示玻尔第一时间的反应,也许是震愕当场,哑口无言。
但是这个同样天才的大脑一样不肯轻易认输,经过了一个夜晚,很可能是一个不眠之夜,玻尔找到了一条路来指点这一似乎天衣无缝的实验的缺陷,而这条路竟然真的是爱因斯坦的相对论
光子跑出,挂在弹簧秤上的小盒质量变轻即会上移,而“以彼之道还施彼身”,根据广义相对论,如果时钟沿重力方向发生位移,它的快慢会发生变化,这样的话,那个小盒上机械钟读出的时间就会因为这个光子的跑出而有所改变。
换言之,用这种装置来测定光子能量,就不能够控制光子逸出的时刻———回到了测不准关系
玻尔就这样戏剧性地回答了爱因斯坦。
在一些野史上,这个回合的交锋以下面的对话结束。
爱因斯坦对玻尔说:“难道你们真的相信上帝也靠掷骰子办事吗
”玻尔回敬道:“我们不能教导上帝该怎么做
” 无论如何,爱因斯坦没有被说服,因为玻尔的反驳只是取巧,理论上存在值得商榷之处,因为量子力学的假设不依赖测量过程的性质。
不过这次会议多少是个转折点,爱因斯坦终于承认了玻尔对量子力学的解释不存在逻辑上的缺陷,他的主攻方向从找出量子力学的不自洽性,转到证明量子力学的不完备性上了。
第3回合 EPR佯谬影响深远 1935年,这场论战达到了它的顶峰,一篇题为《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗
》的论文让论战的交战者远远超出了爱因斯坦和玻尔这两人。
这篇论文由爱因斯坦、波道尔斯基、罗森三人联名发表,因此其提出的问题日后就被称为EPR佯谬,EPR即三人姓氏的首字母。
用最简单的话来说,EPR佯谬的关键内容就是,假设一个二体系统,由A和B两部分组成,他们证明,此二体的“动量之和”与“位置之差”是可以同时测准的。
然而,量子力学却不能提供同时测准它们的方法。
据此,爱因斯坦认为量子力学是不完备的。
这篇论文一发表就引起了轰动,爱因斯坦自己曾回忆,他很快收到了许多物理学家的信件,争先恐后地向他指出论证错在哪里,但让爱因斯坦感到有趣的是,他们的理由都各不相同。
爱因斯坦最关心的回应当然来自于玻尔。
在EPR论文发表的第二个月月底,玻尔即在《自然》杂志上发表了一封短信,对EPR表示异议,不久后又发表了一篇与EPR论文同题的正式文章,用微观系统的“整体性”或者“不可分离性”否定EPR的论证,他的这个思路可以借用黑格尔的一段名言阐释,即“全体的概念必定包含部分,但如果按照全体的概念所包含的部分来理解全体,将全体分裂为许多部分,则全体就会停止其为全体”。
在之后的二三十年中,玻尔的理论占了上风,但是他还是没能说服爱因斯坦。
EPR的三位作者一直不承认他们的观点有错误,爱因斯坦到了晚年仍然在写文章为自己的观点辩护,批驳玻尔。
后来,有人想将EPR佯谬的思想实验推进到真实实验,以此来证明孰是孰非。
上世纪60年代,英国物理学家约翰·贝尔从数学上推导出了一个贝尔不等式,由此,人们才有可能设计实际的实验来检验量子力学关于远隔粒子量子关联的预言是否正确。
70年代末80年代初,物理学家共完成了十几个实验,其中大多数的结果与量子力学的预言一致。
但是,如果引入非决定论的随机性,那么上述实验其实只是说明了量子理论是超距关联、非定域的,而没有确定量子理论是决定论的还是非决定论的,上帝是否在掷骰子并无定论。
1955年,论战的一方爱因斯坦去世,此时,玻尔领导的哥本哈根学派在物理学界的地位正如日中天。
但不能说爱因斯坦是这场论战的失败者,在EPR佯谬的启发下,越来越多的物理学家提出观点挑战玻尔的理论,或完善量子力学。
到了上世纪七八十年代之后,哥本哈根学派终于丧失了它的正统地位。
事实上,EPR佯谬,这柄爱因斯坦70年前铸下的剑,直到今天还在展露锋芒,近年,物理学家开始利用EPR关联进行信息传递和“量子计算”等等可能的实际用途。
物理学家波尔的详细介绍
尼尔斯·亨利克·戴维·玻尔(丹麦文原名:Niels Henrik David Bohr,1885年10月7日—1962年11月18日,享年77岁),丹麦物理学家,哥本哈根大学的硕士和博士,丹麦皇家科学院院士,曾获丹麦皇家科学文学院金质奖章,英国曼彻斯特大学和剑桥大学名誉博士学位,1922年获得诺贝尔物理学奖。
玻尔通过引入量子化条件,提出了玻尔模型来解释氢原子光谱;提出互补原理和哥本哈根诠释来解释量子力学,他还是哥本哈根学派的创始人,对二十世纪物理学的发展有深远的影响。
1885年10月7日,玻尔生于哥本哈根,父亲克里斯丁·玻尔是哥本哈根大学的生理学教授,母亲出身于一个富有的犹太人家庭,从小受到良好的家庭教育,并爱好足球,曾经和弟弟哈那德·玻尔共同参加职业足球比赛。
1903年,18岁进入哥本哈根大学数学和自然科学系,主修物理学。
1907年,玻尔以有关水的表面张力的论文获得丹麦皇家科学文学院的金质奖章,并先后于1909年和1911年分别以关于金属电子论的论文获得哥本哈根大学的科学硕士和哲学博士学位。
随后去英国学习,先在剑桥J.J.汤姆孙主持的卡文迪许实验室,几个月后转赴曼彻斯特,参加了曼彻斯特大学以E.卢瑟福为首的科学集体,从此和卢瑟福建立了长期的密切关系。
1912年,玻尔考察了金属中的电子运动,并明确意识到经典理论在阐明微观现象方面的严重缺陷,赞赏普朗克和爱因斯坦在电磁理论方面引入的量子学说。
创造性地把普朗克的量子说和卢瑟福的原子核概念结合了起来。
1913年初,玻尔任曼彻斯特大学物理学教时,在朋友的建议下,开始研究原子结构,通过对光谱学资料的考察,写出了《论原子构造和分子构造》的长篇论著,提出了量子不连续性,成功地解释了氢原子和类氢原子的结构和性质。
提出了原子结构的玻尔模型。
按照这一模型电子环玻尔授课绕原子核作轨道运动,外层轨道比内层轨道可以容纳更多的电子;较外层轨道的电子数决定了元素的化学性质。
如果外层轨道的电子落入内层轨道,将释放出一个带固定能量的光子。
1916年任哥本哈根大学物理学教授。
1917年当选为丹麦皇家科学院院士。
1920年创建哥本哈根理论物理研究所并任所长,在此后的四十年他一直担任这一职务。
1921年,玻尔发表了《各元素的原子结构及其物理性质和化学性玻尔的纹章质》的长篇演讲,阐述了光谱和原子结构理论的新发展,诠释了元素周期表的形成,对周期表中从氢开始的各种元素的原子结构作了说明,同时对周期表上的第72号元素的性质作了预言;1922年,第72号元素铪的发现证明了玻尔的理论,玻尔由于对于原子结构理论的贡献获得诺贝尔物理学奖。
他所在的理论物理研究所也在二三十年代成为物理学研究的中心。
1923年,玻尔接受英国曼彻斯特大学和剑桥大学名誉博士学位。
1930年代中期,研究发现了许多中子诱发的核反应。
玻尔提出了原子核的液滴模型,很好地解释了重核的裂变。
玻尔认识到他的理论并不是一个完整的理论体系,还只是经典理论和量子理论的混合。
他的目标是建立一个能够描述微观尺度的量子过程的基本力学。
为此,玻尔提出了著名的“互补原理”,即宏观与微观理论,以及不同领域相似问题之间的对应关系。
互补原理指出经典理论是量子理论的极限近似,而且按照互补原理指出的方向,可以由旧理论推导出新理论。
这在后来量子力学的建立发展过程中得到了充分的验证。
玻尔的学生海森堡在互补原理的指导下,寻求与经典力学相对应的量子力学的各种具体对应关系和对应量,由此建立了矩阵力学。
互补理论在狄拉克、薛定谔发展波动力学和量子力学的过程中起到了指导作用。
签名。
在对于量子力学的解释上,玻尔等人提出了哥本哈根诠释,但遭到了坚持决定论的爱因斯坦及薛定谔等人的反对。
从此玻尔与爱因斯坦开始了玻尔-爱因斯坦论战,最有名的一次争论发生在第六次索尔维会议上,爱因斯坦提出了后来知名为爱因斯坦盒子的问题,以求驳倒不确定性原理。
玻尔当时无言以对,但冥思一晚之后发现巧妙的进行了反驳,使得爱因斯坦只得承认不确定性原理是自洽的。
这一争论一直持续至爱因斯坦去世。
1937年5、6月间,玻尔曾经到过中国访问和讲学。
期间,玻尔和束星北等中国学者有过深度学术交流,玻尔称束星北是爱因斯坦一样的大师。
束星北的文章《引力与电磁合论》《爱因斯坦引力理论的非静力场解》是相对论早期的重要论述。
1939年,玻尔任丹麦皇家科学院院长。
第二次世界大战开始,丹麦被德国法西斯占领。
1943年玻尔为躲避纳粹的迫害,逃往瑞典。
500丹麦克朗正面印有尼尔斯·玻尔的头像1944年,玻尔在美国参加了和原子弹有关的理论研究。
1945年,玻尔回到丹麦,此后致力于推动原子能的和平利用。
1947年,丹麦政府为了表彰玻尔的功绩,封他为“骑象勋爵”。
1952年,玻尔倡议建立欧洲原子核研究中心(CERN),并且自任主席。
1955年,玻尔参加创建北欧理论原子物理学研究所,担任管委会主任。
同年丹麦成立原子能委员会,玻尔被任命为主席。
1962年11月18日,玻尔因心脏病突发尼尔斯·玻尔在丹麦的卡尔斯堡寓所逝世,享年77岁。
去世前一天,他还在工作室的黑板上画了当年爱因斯坦那个光子盒的草图。
1965年玻尔去世三周年时,哥本哈根大学物理研究所被命名为尼尔斯·玻尔研究所。
1997年IUPAC正式通过将第107号元素命名为Bohrium,以纪念玻尔。
其子奥格·尼尔斯·玻尔也是物理学家,于1975年获得诺贝尔物理学奖。
量子力学的轨道概念与玻尔原子模型的轨道有什么区别和联系
玻尔原子模型的轨道是指运行其中的电子每时每刻都有确定的速度、位置、能量和角动量;量子力学的轨道基本上就是指一种量子状态,比如说原子中的电子的轨道,它是指电子具有某种特定的能量与角动量(对应于确定的主量子数和角量子数、自旋量子数),但其速度和位置却是不能确定的,只有一个概率性的分布,电子位置的概率分布用“电子云”这个概念能够很形象的表述出来。
量子力学的学术论战有那些学派
各自观点是什么
当前主流观点是什么
哥本哈根学派对量子力学的解释 哥布哈根学派是20世纪20年代初期形成的,为首的是丹麦著名物理学家尼尔斯*玻尔,玻恩、海森伯、泡利以及狄拉克等是这个学派的主要成员.它的发源地是玻尔创立的哥本哈根理论物理研究所.哥本哈根学派对量子力学的创立和发展作出了杰出贡献,并且它对量子力学的解释被称为量子力学的“正统解释”.玻尔本人不仅对早期量子论的发展起过重大作用,而且他的认识论和方法论对量子力学的创建起了推动和指导作用,他提出的著名的“互补原理”是哥本哈根学派的重要支柱.玻尔领导的哥本哈根理论物理研究所成了量子理论研究中心,由此该学派成为当时世界上力量最雄厚的物理学派. 哥本哈根学派的解释在定量方面首先表述为海森伯的不确定关系.这类由作用量量子h表述的数学关系,在1927年9月玻尔提出的互补原理中从哲学得到了概括和总结,用来解释量子现象的基本特征——波粒二象性.所谓互补原理也就是波动性和粒子性的互相补充. 该学派提出的量子跃迁语言和不确定性原理(即测不准关系)及其在哲学意义上的扩展(互补原理)在物理学界得到普遍的采用.因此,哥本哈根学派对量子力学的物理解释以及哲学观点,理所当然是诸多学派的主体,是正统的、主要的解释. ]量子力学的随机解释 随机解释认为,通过研究薛定谔方程与费曼积分、马尔科夫过程之间的联系,认为应把量子力学解释为一种经典的概率理论或统计过程理论.这些过程是随机的,例如,用布朗运动理论解释不确定关系. 最早对量子理论作随机解释的薛定谔和随后的玻普通过对随机过程的研究认为,波粒二象性的矛盾是由于波被看作是一种独立的实在,如果波被看作是粒子系综的集体特性,例如声波那样,就不存在矛盾了.后来,他们借助量子场中的产生和湮没过程,建立起一种推广了的统计力学,由此推出量子力学的规律.他们进一步认为波函数只是表示时空中事件出现的次序.由于基本事件按其本性来讲是分立地产生和消失的,所以这些次序的规律具有统计的性质.随着统计电动力学的发展,发现经典随机体系与量子力学体系之间具有很大的类似性. 薛定谔还认为,只能把“客观实在性”归属于波而不归属于粒子,并且不准备把波仅仅解释为“概率波”.因而他认为,只有位形空间中的波是通常解释中的概率波,而三维物质波或辐射波都不是概率波,但却有连续的能量和动量密度,就象麦克斯韦理论中的电磁场一样.薛定谔因此正确地强调指出,在这一点上,可以设想这些过程是比它们通常的情况更为连续.在通常的量子论解释中,它包含在从可能到现实的转变中.爱因斯坦与玻尔关于量子力学解释的大论战 爱因斯坦与玻尔关于量子力学解释的不同观点之间的大论战是量子力学创建和发展过程中最具有代表性意义的一场争论,因而本文特作比较深入完整的阐述和分析. 玻尔1918年提出对应原理,认为量子理论能以一定的方式同经典理论一致起来.即认为原子保持量子状态的特性和稳定性有一定限度.只有当外来干扰的强度不足以把原子激发到较高量子状态时,原子才显现量子特征.如果在非常强烈的干扰下,那么量子效应的特性将完全消失,原子也就带有古典性质.海森伯正是按这一原理和可观察量是物理理论基础创立了矩阵力学.波动力学也是通过量子和经典的对应性建立起来的.1927年海森伯提出“不确定关系”后,玻尔接着于同年9月在意大利科摩城召开的纪念伏打逝世100周年国际物理学会议上发表了题为《量子公设和原子理论的晚近发展》的演讲,提出了著名的“互补原理”,引起学术界很大震动.互补原理认为:微粒和波的概念是互相补充的,同时又是互相矛盾的,它们是运动过程中的互补图像.玻尔特别指出,观察微观现象的特殊性,由于微观客体中最小作用量子h要起重要作用,因此微观客体和测量仪器之间的相互作用是不能忽略的.这种相互作用在原则上是不可控制的,是量子现象不可分割的组成部分.这种不可控制的相互作用的数学表示是“不确定关系”.这决定了量子力学的规律只能是概率性的.为了描述微观客体,必须抛弃决定性的因果性原理.量子力学精确地描写了单个粒子体系状态,它是完备的.玻尔特别强调微观客体的行为有赖于观测条件.他认为一个物理量或特征,不是本身即存在,而是由我们作观测或度量时才有意义.哥本哈根学派写了大量文章,宣传互补原理,提出了客观不可分的观点.他们还将互补原理推广到生物学、心理学,甚至社会历史各个领域,认为互补原理是一切科学研究的指导思想. 1927年10月24日至29日在布鲁塞尔召开了第五届索尔威会议,玻尔在会上又一次阐述了他的互补原理.量子力学的哥本哈根解释为众多的物理学家所接受,成为量子力学的正统解释.但是在会上,互补原理却遭到了爱因斯坦、薛定谔等人的强烈反对,开始了物理学史上前所未有的长达几十年之久的爱因斯坦-玻尔大论战. 实际上,爱因斯坦和玻尔的论战从1920年4月就已经开始了.当时,玻尔到爱因斯坦所在的德国柏林访问,第一次与爱因斯坦会面.他们两人就量子理论的发展交换了意见,谈话的主题是关于光的波粒二象性的认识问题.乍看起来,这次争论好象是爱因斯坦主张,完备的光理论必须以某种方式将波动性和粒子性结合起来,而玻尔却固守光的经典波动理论,否认光子理论基本方程的有效性.然而,仔细分析就会发现玻尔强调需要同经典力学的观念作彻底的决裂,而爱因斯坦则虽赞成光的波粒二象性,但却坚信波和粒子这两个侧面可以因果性地相互联系起来. 爱因斯坦坚决反对量子力学的概率解释,不赞成抛弃因果性和决定性的概念.他坚信基本理论不应当是统计性的.他说,“上帝是不会掷骰子的.”他认为在概率解释的后面应当有更深一层的关系,把场作为物理学更基本的概念,而把粒子归结为场的奇异点,他还试图把量子理论纳入一个基于因果性原理和连续性原理的统一场论中去,因此他在第五届索尔威会议上支持德布罗意的导波理论,并且在发言中强调量子力学不能描写单个体系的状态,只能描写许多全同体系的一个系综的行为,因而是不完备的理论. 由此可见,量子力学的发展是个充满争吵的发展.主要有哥本哈根\\\\玻尔\\\\爱因斯坦 3个学派的争论
波尔、爱因斯坦关于量子力学的解释之争是什么
事情大约是这样的。
1927年,量子力学创始人之间的重大分歧戏剧性的上演了。
那是天才和巨人的交锋,一方是以爱因斯坦为首的理论物理学家,一方是年轻的整个哥本哈根学派。
那一年九月在意大利科摩召开的国际物理学会议上,波尔基于海森堡的测不准原理作出了大胆的推论:粒子运动的轨迹是不确定的。
波尔认为在原子世界测量会影响到被测物体。
“关键一点在于我们无法分清所看到的到底是原子本身的行为,还是原子与测量仪器之间的作用,在观察存在的伟大舞台上,我们既是观众,又是演员。
”波尔宣布的这个理论无意是一枚重磅炸弹,立即在理论物理学界引起了轩然大波,因为波尔这个理论颠覆了传统物理关于“实在”的认识。
很快,在第5和第6索尔维物理会议上爱因斯坦对波尔进行了回应:物理实在的每个元素都必须在理论中有它的对应物,要是对于一个体系没有任何干扰,我们能够确定地预测以个物理量的值,那么对应于这个物理量必定存在一个物理实在的要素。
爱因斯坦认为量子理论的统计表现是因为理论不完善造成的,他说:“难道你们还真的相信上帝也靠掷骰子办事吗
”波尔则回敬说:“难道你不认为用普通的语言来描述神的旨意时,还是小心一点为妙吗
”这就是这个事件的大致过程。
(如果需做进一步了解请参阅靳锐敏的《世纪之争》和波姆的《现代物理学中的因果性与机遇》)
关于量子力学对于玻尔假设的否定
这句话说明了两点:一玻尔理论是局限的-既电子依然只是具有粒子性;二是指明了电子是具有波粒二象性的德步罗意波。
尼尔斯·玻尔的主要成就
波尔的轨道等同于经典力学中的轨道,就像行星绕恒星公转的轨道一样,电子实实在在的在绕原子核做匀速圆周运动。
而量子力学中实际上没有轨道,因为电子没有固定的轨道,其运动状态遵从统计学规律,出现在空间某点的概率由其波函数描述,可以用电子云来形象的表示电子在原子核周围的分布,电子云密度大的地方表示电子出现在这个地方的概率大,电子云稀疏的地方表示电子出现在这个地方的概率小。
一般情况下我们把电子有90%的概率会出现的地方作为电子的轨道。



