第12章 愛因斯坦與玻爾之爭(1 / 3)

在20世紀物理學的發展中,愛因斯坦和玻爾是兩位最偉大的科學巨匠,他們都創造了現代物理學的輝煌,然而他們對現代物理學的基本問題卻有著自己獨特而深刻的見解,由此引起了長期的爭論,成為兩個最偉大的心靈之間的衝突。

兩位科學巨匠爭論的問題,主要不在於量子理論本身的內容與形式,而在於量子理論的解釋方麵,即關於作為量子理論基本特征的不連續性與統計性的說明方麵。

因此,爭論主要發生在1927年哥本哈根學派係統地提出量子力學解釋以後,但隨著量子理論的不斷成熟,兩位科學巨匠思想上的差別也不斷明顯。下麵我們將按照爭論的不同階段和特點,講一講有關的故事。

第一階段(1927年以前)。量子力學逐步建立,量子力學的哥本哈根解釋還沒有提出,但對於量子理論中出現的、引人注目的不連續性與因果性問題,即涉及到是堅持還是放棄經典物理學的信條,愛因斯坦與玻爾的態度卻有很大的不同,因而開始個別地、直接或間接地進行了爭論。

愛因斯坦雖然提出了光的波粒二象性,但從根本上他不準備放棄連續性和嚴格因果性,因為這些正是相對論的基本特征。他還堅持相信對於原子過程能夠給出連續的機製和直接的原因,而這種原因一旦被得到、被重複,現象即會無一例外地以決定論方式精確地出現。

而玻爾則認為,這一理想並不總被滿足,由於觀察操作引起的擾動不能任意小,我們隻能談論一種“單元事件體”。例如,電子從激發態到基態的某一次躍遷,比這更細微的過程我們便無法認識到。因此,對於經典物理學的連續性和嚴格因果性必須放棄。

這場爭論的開始可以追溯到1920年春天,當時玻爾和愛因斯坦這兩位科學巨匠在柏林會晤。雖然玻爾十分讚賞愛因斯坦對相對論的貢獻以及對普朗克定律的巧妙的推導,但是他難以接受愛因斯坦的光量子概念。因此在1920年4月他對柏林物理學會所作的關於《光譜理論的現狀及其在不久的將來的發展的各種可能性》的講演中,雖然這個題目同光子理論有密切關係,他卻僅僅在一個地方提到“輻射量子”的觀念,而且這還可能隻是出於對也參加了這個報告會的愛因斯坦的尊重;玻爾立即補充道:“我將不在這裏討論‘光量子假設’在幹涉現象上所帶來的眾所周知的困難了,而輻射的經典理論對於說明幹涉現象卻是這樣合適。”

在玻爾看來,經典物理學和量子理論是不可調和的,雖然它們通過對應原理以漸近的方式聯係著。而愛因斯坦則是一切物理現象應該有一個統一的因果理論的堅定信仰者。從他在1919年6月寫給玻恩的一封信中,我們可以看出他心目中對玻爾的二分法是頗為反感的:“量子論給我的感覺同你的感覺非常相像。人們實在應當對它的成功感到羞愧,因為它是根據教會的信條‘不可讓你的左手知道右手所做的事’而獲得的。”在沒有會晤玻爾以前寫給玻恩的另一封信中,愛因斯坦寫道:“關於因果性的問題也使我很傷腦筋。光的量子吸收和發射是否有朝一日總可以在完全的因果性的意義下去理解呢,還是一定要留下一個統計性的尾巴?我必須承認,在這裏我缺乏判決的勇氣。無論如何,要放棄完全的因果性,我將是非常、非常難受的……”

1920年3月,愛因斯坦在給玻恩的信中又寫道:“我在空暇時總是從相對論的觀點來沉思量子論的問題。我認為理論並不見得非得要放棄連續性不可。但是,迄今我未能把我的寶貝想法具體化,這個想法就是用過分確定條件下的微分方程來理解量子的結構。”鑒於這一段話,我們就不難理解,為什麼愛因斯坦後來對薛定諤的波動力學是那樣“熱情”。

1923年,康普頓效應被發現後,玻爾同愛因斯坦的爭論達到了頭一次高潮。看來康普頓效應是絕對支持光的“粒子說”的,因此就要求玻爾一方相應采取斷然的步驟。

為了回答這個挑戰,玻爾在1924年同克拉默斯和斯萊脫一起寫了著名的論文《輻射的量子理論》。這篇文章完全擯棄了愛因斯坦關於輻射的量子結構的觀念,而是假設用抽象的幾率波來說明實在的電磁波,從而進一步突出了不連續性與統計性的根本性質。

該年4月,愛因斯坦在致玻恩的信中寫道:“玻爾關於輻射的意見使我很感興趣。但是,在有比迄今為止更為有力得多的反對嚴格的因果性的證據之前,我不想輕易放棄嚴格的因果性。我不能容忍這樣的想法:受到一束光照射的一個電子,會由它自己的自由意誌來選擇它想要跳開的時刻和方向。如果是那樣,我寧可做個補鞋匠或者甚至賭館裏的一名傭人,都比當個物理學家強。不錯,我要給量子以明確形式的嚐試,一而再、再而三地失敗了,但是,我還是不想長遠地放棄希望。”