第5届索尔维会议,让你知道什么叫全明星
1927年的一次世界物理大会,这次大会真是现代物理的全明星阵容了。
先来看看其中有多少我们高中一定认识过的:
爱因斯坦(德国),居里夫人(法国),洛伦兹(荷兰),狄拉克(英国),普朗克(德国)。
还有其他一些大学之后可能被较多听说到的:
海森堡(德国),玻尔(丹麦),薛定谔(奥地利),泡利(奥地利),玻恩(德国)。
剩下的一些人虽然也很强大,但是和上面这些人比起来只能算是渣了。
当年一共有29人参加了这次物理大会,17人在其一生中获得过诺贝尔奖,其中有些人还不止一次……
我想说的是,这里面有超过一半的人来自于德国和奥地利。美国的很多物理学家,其实也都是在德国完成的最终极的高等教育。比如奥本海默,根本就是玻恩的一个学生。所以第三帝国要是不妄想征服全世界,他们今天得多强大呀……
下面是一篇介绍性的文章。写得大有华山论剑的感觉。不感兴趣的可以退出了。
第5届索尔维会议。物理学大师聚首一堂,流传下了这张让后人唏嘘不已的“物理学全明星梦之队”的世纪照片。这次会议像拳王争霸赛一样,爱因斯坦和玻尔就量子力学问题进行了一场激烈的“决斗”。几乎可以肯定,世界上没有第二张照片,能像这张一样,在一幅画面内集中了如此之多的、水平如此之高的人类精英。
这次会议从1927年10月24日到29日,为期 6天。主题是“电子和光子”,我们还记得“光子photon”是个新名词,它刚刚在1926年由美国人刘易斯所提出),会议议程如下:首先劳伦斯·布拉格作关于 X射线的实验报告,然后康普顿报告康普顿实验以及其和经典电磁理论的不一致。接下来,德布罗意作量子新力学的演讲,主要是关于粒子的德布罗意波。随后波恩和海森堡介绍量子力学的矩阵理论,而薛定谔介绍波动力学。最后,玻尔在科莫演讲的基础上再次做那个关于量子公设和原子新理论的报告,进一步总结互补原理,给量子论打下整个哲学基础。这个议程本身简直就是量子论的一部微缩史,从中可以明显地分成三派:只关心实验结果的实验派:布拉格和康普顿;哥本哈根派:玻尔、波恩和海森堡;还有哥本哈根派的死敌:德布罗意,薛定谔,以及坐在台下的爱因斯坦。
会议的气氛从一开始便是火热的,像拳王争霸赛一样,重头戏到来之前先有一系列的垫赛:大家先就康普顿的实验做了探讨,然后各人分成了泾渭分明的阵营,互相炮轰。德布罗意一马当先做了发言,他试图把粒子融合到波的图像里去,提出了一种“导波”(pivot wave)的理论,认为粒子是波动方程的一个奇点,它必须受波的控制和引导。泡利站起来狠狠地批评这个理论,他首先不能容忍历史车轮倒转,回到一种传统图像中,然后他引了一系列实验结果来反驳德布罗意。众所周知,泡利是世界第一狙击手,谁要是被他盯上了多半是没有好下场
的,德布罗意最后不得不公开声明放弃他的观点。幸好薛定谔大举来援,不过他还是坚持一个非常传统的解释,这连盟军德布罗意也觉得不大满意,泡利早就嘲笑薛定谔为“幼稚”。波恩和海森堡躲在哥本哈根掩体后面对其开火,他们在报告最后说:“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设是不能进一步修改的。”他们也集中火力猛烈攻击了薛定谔的“电子云”,后者认为电子的确在空间中实际地如波般扩散开去。海森堡评论说:“我从薛定谔的计算中看不到任何东西可以证明事实如同他所希望的那样。”薛定谔承认他的计算确实还不太令人满意,不过他依然坚持,谈论电子的轨道是“胡扯”(应该是波本征态的叠加),波恩回敬道:“不,一点都不是胡扯。”在一片硝烟中,会议的组织者,老资格的洛伦兹也发表了一些保守的观点,and so on and so on……
爱因斯坦一开始按兵不动,保持着可怕的沉默,不过当波恩提到他的名字后,他终于忍不住出击了。他提出了一个模型:一个电子通过一个小孔得到衍射图像。爱因斯坦指出,目前存在着两种观点,第一是说这里没有“一个电子”,只有“一团电子云”,它是一个空间中的实在,为德布罗意—薛定谔波所描述。第二是说的确有一个电子,而ψ是它的“几率分布”,电子本身不扩散到空中,而是它的几率波。爱因斯坦承认,观点II是比观点I更加完备的,因为它整个包含了观点I。尽管如此,爱因斯坦仍然说,他不得不反对观点II。因为这种随机性表明,同
一个过程会产生许多不同的结果,而且这样一来,感应屏上的许多区域就要同时对电子的观测作出反应,这似乎暗示了一种超距作用,从而违背相对论。
明星最想删掉的照片
风云变幻,龙虎交济,现在两大阵营的幕后主将终于都走到台前,开始进行一场决定命运的单挑。可惜的是,玻尔等人的原始讨论记录没有官方资料保存下来,对当时情景的重建主要依靠几位当事人的回忆。这其中有玻尔本人1949年为庆祝爱因斯坦70岁生日而应邀撰写的《就原子物理学中的认识论问题与爱因斯坦进行的商榷》长文,有海森堡、德布罗意和埃仑
菲斯特的回忆和信件等等。当时那一场激战,讨论的问题中有我们已经描述过的那个电子在双缝前的困境:如何选择它的路径以及快速地关闭/ 打开一条狭缝对电子产生的影响。还有许许多多别的思维实验。埃仑费斯特在写给他那些留守在莱登的弟子们(乌仑贝特和古德施密特等)的信中描述说:爱因斯坦像一个弹簧玩偶,每天早上都带着新的主意从盒子里弹出来,而玻尔则从云雾缭绕的哲学中到工具,把对方所有的论据都一一碾碎。
海森堡1967年的回忆则说:
“讨论很快就变成了一场爱因斯坦和玻尔之间的决斗:当时的原子理论在多大程度上可以看成是讨论了几十年的那些困难的最终答案呢?我们一般在旅馆用早餐时就见面了,于是爱因斯坦就描绘一个思维实验,他认为从中可以清楚地看出哥本哈根解释的内部矛盾。然后爱因斯坦,玻尔和我便一起走去会场,我就可以现场聆听这两个哲学态度迥异的人的讨论,我自己也常常在数学表达结构方面插几句话。在会议中间,尤其是会间休息的时候,我们这些年轻人——大多数是我和泡利——就试着分析爱因斯坦的实验,而在吃午饭的时候讨论又在玻尔和别的来自哥本哈根的人之间进行。一般来说玻尔在傍晚的时候就对这些理想实验完全心中有数了,他会在晚餐时把它们分析给爱因斯坦听。爱因斯坦对这些分析提不出反驳,但在心里他是不服气的。”
爱因斯坦当然是不服气的,他如此虔诚地信仰因果律,以致决不能相信哥本哈根那种愤世嫉俗的概率解释。玻尔回忆说,爱因斯坦有一次嘲弄般地问他,难道他真的相信上帝的力量要依靠掷骰子(ob der liebe Gott würfelt)?