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索尔维会议(02):决战量子之巅 14

Masir 科学羊 2024-03-30

本系列文章预计会有30个章节,这套文献将系统的讲述物理学本身,今天是第三季第15篇


1927年,对于物理学来讲是个重要的年份,因为这一年有一件重要的事要发生,那就是召开第五届索尔维会议


自从前几届索尔维会议结束之后,物理学在这段时间发生了很多重要的变化,所以物理学的大神们特别想聚在一起讨论讨论。这就像开家长会一样,老师可以把憋在心里的事情好好去宣泄一波,尤其是有关量子的问题,可以在会议上好好地搞一搞。


在这之前,玻尔知道了爱因斯坦一定是反对量子力学的那一派,所以他的心里一直压着一块大石头。


要知道现在的爱因斯坦,那是物理学界的泰山北斗,要是他不同意,那可麻烦了。玻尔也预料到,今年秋天的索尔维会议,火药味儿是绝对不会少的。



01 第五届索尔维会议战况



1927年的索尔维会议主题本来是“电子和光子”,但是大家主要的精神头都放在了量子的不确定性原理上了。


会议一共请了32个人参与,其中洛伦兹是大会主席,他是真正年高德勋的长者,而且会好多国家的语言,当大会主席最合适不过了(搞个翻译)。洛伦兹是老一代经典物理学家的代表,普朗克跟他差不多。


人大概分了三拨:


实验物理学家关心的是做出了什么样的实验,得到什么样的实验结果,这些人以居里夫人为首,还有康普顿、布拉格、劳厄、德拜,在这次会议上基本属于围观打酱油的。


这次索尔维会议的主力军是哥本哈根学派,领头的是玻尔,得力干将自然是海森堡、泡利、玻恩、狄拉克等;


剩下的就是他们的反对派了,为首的就是爱因斯坦,得力干将是德布罗意和薛定谔。


02 大会的过程


大会议程其实很简单,先是宣读5篇报告:布拉格的《X射线反射的强度》,康普顿的《辐射实验与电磁定理间的不一致》,徳布罗意的《量子的新动力学》,玻恩和海森堡的《量子力学》,薛定谔的《波动力学》。


前两篇是有关实验的,大家都没啥好说的。后边才是重头戏。大会组织者还可劲儿撺掇爱因斯坦也做个报告,爱因斯坦找各种理由给推脱过去了。宣读完这5篇报告,接下来就是自由讨论阶段。


  • 第一天


一切平静,布拉格和康普顿讲他们的东西,大家都洗耳恭听。然后做了发言,除了爱因斯坦。爱因斯坦好像在本次索尔维会议上话特别少,不知道他葫芦里卖的什么药。


  • 第二天


德布罗意开始发言,讲述他的导波理论。他的概念是,每次对电子进行测量只能看到电子的一个面,就像盲人摸象一样。可以摸到波动性这一面,也可以摸到粒子性那一面。波粒二象性嘛,既是粒子又是波。按照哥本哈根学派的理解,其实电子在测量之前啥也不是,测量的过程才决定了它的状态,关系恰好是倒置的。


德布罗意一边发言,一边看爱因斯坦,可爱因斯坦面无表情,干看着不说话。(看我干嘛....)


  • 第三天


上午,海森堡和玻恩联合发言,内容包括数学体系、物理解释、不确定性原理、量子力学的应用。先要介绍一下矩阵力学的数学工具,毕竟很多人对这玩意都不是太熟悉。


下午,薛定谔做报告。讲的是他的波动方程,顺便声援了德布罗意,他们俩是一伙的。


他刚发言完毕,台下站起来三个人,玻尔、玻恩、海森堡,薛定谔心里就一紧,上次在哥本哈根被围攻的经历还记忆犹新,这回又跑不掉了。果然,薛定谔又一次招架不住,他也以期盼的眼神盯着爱因斯坦,爱因斯坦还是一言不发。薛定谔心里说,你也太淡定了。


  • 第四天  休会


  • 第五天


开始自由讨论,大家都想站起来发言,会场上一片混乱(因为大家都说着不同国家的语言,显得尤为混乱)。


为了整顿会场的秩序,大会主席洛伦兹点名玻尔先发言,玻尔就阐述了观测的意义。对于电子来说,你不观测它的时候,讨论它存在不存在是没有意义的。物理学的任务不是要找出自然是什么,而是对于自然,我们能说什么。


玻尔的话让大家比较毁三观,因为他把物理学的意义给改了。这东西其实牵扯到哲学。比较老派的物理学家们都感到别扭,爱因斯坦也不舒服。


玻尔是哥本哈根学派的主将,“老将出马,一个顶俩”。这时候,爱因斯坦终于发言了,同一阵营的薛定谔和德布罗意可算是松了一口气。爱因斯坦是思想实验的大师,他不跟你玩虚的。你在那里空对空讨论理论,或者玩哲学上的思考,那都没用。


爱因斯坦一抬手设计了一个思想实验,假如板子上有个小孔,一个电子飞过去,那么电子穿越小孔的时候将发生衍射现象。


现有两个办法解释这一现象。


第一种,德布罗意和薛定谔的说法,这个电子其实是个波,说白了就是一水波穿过了小孔发生衍射。


第二种,哥本哈根学派的说法,的确有一个电子,而波函数是它的“分布几率”,电子本身不扩散到空中,而是它的概率波。


爱因斯坦自然对这种解释不满意,他坚信“上帝是不掷骰子的”。玻尔马上展开反击,“别指挥上帝该怎么做”。


索尔维会议开了6天,大家都在不断讨论量子力学的问题,尤其是最后玻尔和爱因斯坦的辩论。到最后,爱因斯坦、薛定谔和德布罗意他们几个还是不认可哥本哈根学派的那一套。


截止最后为之大家也没有讨论出一个合理的结论,反而都是一派一派的,但不管怎样,实际第五届索尔维会议实际只是一个量子决战之巅的开始。


最后结束的时候,大家开始拍照,一共排了三排,洛伦兹和爱因斯坦坐中间,大家照了一张合影。


就是一直流传至今的那张最著名的索尔维会议合影,算是20世纪上半叶最杰出物理学家的一张全家福了。


这也成了伟大的经典!



好,今天先介绍到这里~


下一节介绍,1930年的索尔维会议,这是玻尔和爱因斯坦的证明对决!




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