书城科普读物现代理论物理大师尼尔斯·玻尔
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第14章 论战爱因斯坦(二)

1930年秋季的布鲁塞尔,成了物理学界上层人士瞩目的地方,第六届索尔维会议将在这里召开。

所有与会者都预料到玻尔和爱因斯坦会继续在这里展开更为精彩的辩论赛。能够亲自聆听两个“世纪性的人物”公开论战,也是他们一生的荣幸。

这场赛事很快就开始了。在全体与会者的注视下,爱因斯坦力图彻底摧毁玻尔的测不准“偏见”。

他又想出一个“假想实验”。这次,他提出用相对论的方法,实现对单个电子进行时间和能量的准确测量。如果这个方法可行,那么玻尔的互补原理及全部工作,就会统统宣告失败。

爱因斯坦先发制人。他在黑板上画了一个盒子,一侧有一个小洞,洞口有一块挡板,里面放了一只能控制挡板开关的机械钟,小盒的重量是可以测量出来的。

爱因斯坦说:

“这个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,放出一个粒子。这样,它跑出的时间就可以精确地测量出来。”

爱因斯坦运用他著名的公式E=mc 2,说明质量与能量是等价,重量(质量)的减少可以折合成能量的减少。据此,少了一个粒子,盒子的重量完全能被称量出来。

这样,在准确的时间放出的准确能量的问题,就基本上解决了。准确性和因果联系得到了恢复,清晰确定的世界又出现了。

爱因斯坦强调指出,上述这些都能做到,不存在什么相互作用,即没有外来光线的碰撞改变粒子的能量,也可以同时准确测得时间和能量。

这个小实验真的给玻尔带来了大麻烦。他不相信这个小匣子果真有如此的魔力,能战胜他的测不准关系及互补原理。但是,如何找到问题的突破口呢?

当天夜里,玻尔和他所里的几个研究人员压根就没有睡觉的意思。玻尔冷静地确信爱因斯坦是错的。

多年的实践使玻尔明白这样一个事实——确定微小粒子在空间和时间上的位置的实验是难以进行的。因为任何实验都会存在着仪器装置和粒子之间的动量交换与能量交换。但是,爱因斯坦的这个实验又错在哪儿呢?时间一分一秒地催促着玻尔,只有几个小时就天亮了,第二天再拿不出反击方案,就等于在世界各国科学家面前宣告自己理论的破产。

玻尔和他的同事们检查了爱因斯坦实验的每一个细节,一遍又一遍地推敲它的实际可行性。经过一个通宵的奋战,他们终于找到了这个看起来似乎是无懈可击的实验的关键性错误。玻尔用他卓越的智慧点燃了黎明的曙光。

清晨,玻尔精神十足地准时来到会议厅。在场的人都注视着玻尔,期待着他的发言。这可是个关键时刻。

玻尔胸有成竹地站到黑板前,仔细勾勒出爱因斯坦实验装置图形的每一个细节,而不是像爱因斯坦那样只画一幅草图。

玻尔将爱因斯坦设计的盒子吊在一支弹簧上,然后在小盒的一侧画出指针,指针能沿着固定在支架上的标尺上下移动,以便读出粒子跑出前后的重量。

然后,玻尔面向大家,高声宣布:

“若用这套装置来精确测量粒子的能量,就不能精确测定粒子跑出的时刻。为什么呢?”

玻尔援引了15年前,爱因斯坦在相对论中的一段论述。爱因斯坦讲过,一只钟如果沿重力的方向发生位移,它的快慢会发生变化。因此,它所读出的时间也会由于这个粒子的跑出而有所改变。

所以说,爱因斯坦先生的这个试验,在进行了第一次称量后,钟的快慢必然要在一定范围内发生变化。这就需要用测不准原理来解释了。

玻尔用爱因斯坦的“矛”,进攻了他的“盾”。

原来如此!

与会者们紧张的神经也随着玻尔的深呼吸而放松下来。接着玻尔用数学语言来叙述自己的论点。他一边叙述,一边回答来自下面的提问,进而使他的论点更加无可辩驳。

毫无疑问,重力作用足以造成钟表快慢的变化,从而不能精确测出粒子跑出的时间。

爱因斯坦虽然心不甘,情不愿,但他不得不表示同意。玻尔的论证和计算都具有无可指责的周密性。爱因斯坦精心设计的“炮弹”只发挥了它的后坐力。

在巨人们的这场较量中,玻尔和他的英明理论又一次取得了胜利。这时很多人才不得不承认,微观世界是无法准确描述的二元体系。而这个体系还能统一起来,更深刻地表达这个世界。多么深奥,多么有趣的理论。

后来,玻尔在回忆起这场针锋相对的争论时说道:

“爱因斯坦对于这种显然不那么肯定地解释自然的原理感到很不安。从我的角度出发,我只能回答他说,在了解一个全新世界的规律时,我们不能过分信赖以往所熟悉的原理,无论这些原理具有何等的普遍性。”

显然这场争论给两个人和整个物理学界都留下了极为深刻的印象。

人们说,爱因斯坦在两次交锋中都吃了败仗,但是,他本人根本没有认输。他选择了另外的主攻方向。

经过几年的准备,他在1935年和另外两名合作者联名发表了EPR论文,论证了量子力学描述的“非完备性”。这篇不到4页的没有引用任何文献的论文,在物理学界再度掀起波澜。

几个星期以后,玻尔在同一家刊物上用同一个标题作出了答复。他的论文不到7页,也没有引用别人的文献,他只是在自己观点的基础上详细论证了量子力学描述的完备性。

他的论证是自给的,但是,爱因斯坦拒不接受,认为那是违犯他的“科学直觉”的。这样一来,论战又用上了“直觉”、“信念”之类的术语,当然谁也说服不了对方了。

这两个世纪性人物不一致的思想产生了科学家之间的对话,这些对话照到了现代量子物理学及现代世界观的深妙幽微之处。如果没有这些不一致,这样的深度是不可能达到的。

在爱因斯坦和玻尔分别于1955年和1962年逝世以后,作为他们个人之间的论战当然就那么结束了。但是,两种观点之间的争论却远远没有结束,在新的形式下,继续以新的形式表现着。