
狄拉克:“自然将随意选择它喜欢的一个分支,因为量子力学理论给出的唯一信息只是选择任一分支的几率。”
玻尔:“完全理解……整个问题就在于,通过实验,我们引入了某种不允许继续进行的东西。”
海森伯:“我不同意这一点……我宁愿说,观察者本人进行选择,因为直到做出了观察的那一时刻,选择才成为一种物理实在。”
——第五届索尔维会议上的讨论,1927年10月
1927年10月,第五届索尔维会议在比利时首都布鲁塞尔成功召开了。在这次会议期间,量子力学中最为重要的波函数坍缩问题第一次被它的创立者们所讨论。
狄拉克认为,波函数坍缩是自然做出的选择,而海森伯则认为它是观察者选择的结果。玻尔似乎同意狄拉克的观点,然而他更关心的是量子力学的普遍的互补性特征,他尤其强调了关于物理量的定义和观察的互补性质。在玻尔看来,离开观察人们便不能谈论任何东西,这也是与会的大多数物理学家所赞同的。
此外,在这次会议上,爱因斯坦指出了波函数坍缩过程与相对论之间的不相容性,这是他第一次公开对量子力学发表意见。爱因斯坦的这一分析是关于量子力学与相对论的不相容性的最早认识。
然而,与会的物理学家们对波函数坍缩过程的认识还很模糊,他们普遍认为这一过程只是一种瞬时的选择过程,不需要进一步的说明。
1927年10月,在布鲁塞尔举行的第五届索尔维会议上,正统观点取得了决定性的胜利。然而,反对者们也从此开始了他们的抗争。
我认为,这个异议并不放弃下述论点:薛定谔波不仅描述了传播过程,而且也能够确定在这个过程中粒子的位置。我认为德布罗意在这个方向上的尝试是有根据的。
——爱因斯坦,第五届索尔维会议
在这次会议上,德布罗意首次提出了量子力学的一种非几率解释或因果解释,他称之为导波理论。根据这种理论,粒子仍然进行连续运动,具有通常的连续运动轨迹,波函数则是一种真实的波,它引导粒子运动,并决定粒子在空间中的运动轨迹。这样,德布罗意便给出了微观过程的一种实在图像,在这种图像中,构成物理实在的不是波或粒子,而是波和粒子。尽管德布罗意的理论受到了爱因斯坦的支持,但由于泡利的尖锐反驳,以及来自正统观点的压力,德布罗意不久就放弃了他的解释,并宣布皈依正统。
1951年,当玻姆的隐变量解释提出后,德布罗意重又回到了他的导波理论,并试图建立一条他认为能够真正解释量子力学的新途径。
薛定谔的报告题目是“波动力学”,其中他提出了波函数的一种新的实在解释,这一解释不同于他最初的经典波解释。
薛定谔首先强调,波函数一般不是普通三维空间中的波,除非对于单粒子情况。然后他问道,“由这一波函数所描述的系统在真实的三维空间中的情况是怎样的呢?”薛定谔认为,“不存在真正的物质质点的经典系统,而是存在某种连续地充满整个空间的东西,我们利用它可以获得一个瞬时的‘照片’……换句话说,真实的系统是一个处于所有可能状态的经典系统的复合系统,它通过将ΨΨ·作为权重函数而获得。”这样,薛定谔首次给出了一种微观系统在时空中存在的客观图像,即某种象连续的云一样的东西,它具有质量和电荷,并且这一连续的电荷云对电子的电荷具有可分配的贡献。最后,薛定谔指出,纯粹的场理论是不充分的,它必须通过电荷云到点电荷的个体化过程来完善。
薛定谔的报告激起很大的争论,玻恩和海森伯表示强烈反对,而爱因斯坦仍然一语未发。
在这次会议上,爱因斯坦第一次公开发表对正统观点的反对意见。尽管他只提出了一个非常简单的反驳,但思想却是深刻的。
爱因斯坦很谦逊地做了开场白,“我必须因为不曾彻底地研究量子力学而表示歉意,不过我还是愿意提出一些一般的看法。”然后,他以小孔衍射实验为例,指出了正统观点对这一实验的解释所遇到的不可避免的困难。
爱因斯坦说,“认为 |Ψ|2 是表示一个粒子存在于完全确定的地方的几率,这样的一种解释(即正统解释)就必须以完全特殊的超距作用为前提,从而不允许连续分布在空间中的波同时在胶片的两个部分表现出自己的作用。”爱因斯坦认为,如果只从薛定谔波来考虑,哥本哈根解释将同相对性假定相矛盾。爱因斯坦的确目光敏锐,他一下子就看出了正统观点将由于要求波函数坍缩过程的存在而与相对论相抵触,他的这一分析是关于量子力学与相对论的不相容性的最早认识。
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玻尔似乎并没有领会爱因斯坦的意思,他的反驳也似乎文不对题。玻尔说道,“我感到自己处在一个很困难的境地了,因为我不明白爱因斯坦所要说明的到底是什么。这无疑是怪我。”然后他只是又陈述了一下正统观点,“我不知道量子力学是什么。我想我们是在与一些数学方法打交道,它们是适合于我们对实验的描述的……我可能没有弄懂,但是我想,整个问题在于理论不是别的,而是用来适应我们要求的一种工具,而且我认为它(量子力学)是适应了的。”
尽管在会议上爱因斯坦很少发言,但是在旅馆的餐厅里他却异常活跃。“每天早上他都象一个盒子里的弹簧人那样,精神抖擞地跳出来”1,表示他对量子理论的困惑,“每次他都想好了一个美妙的实验以显示它不成立”2。
爱因斯坦所反对的是海森伯的不确定关系,他精心设计的这些理想实验就是要超越不确定关系的限制,并以此来揭示量子力学理论内部的逻辑矛盾。然而,爱因斯坦的努力并没有成功,他的好友艾伦菲斯特形象地将这些实验称为推翻不确定关系的第二类永动机。
![]() 图4-3 爱因斯坦与玻尔 |
后来,在1930年的第六届索尔维会议上,爱因斯坦又做了一次尝试。他提出了一个巧妙的光子盒实验,并确信自己已经找到了不确定关系的一个反例。“这对玻尔是一次不小的震动……他没能立即找到答案,整个晚上他都极度忧虑,一个又一个地想说服别人那不可能是真的,因为假如爱因斯坦是对的,那将意味着物理学的终结。”卢瑟福后来回忆说,“我将永远不会忘记他们两个离开会场的情形:爱因斯坦,一个高大的形象,平静地走着,还带着一点讥讽的微笑,而玻尔则沮丧地跟在他的旁边……第二天上午就迎来了玻尔的胜利。”有趣的是,玻尔取胜所利用的正是爱因斯坦创立的广义相对论,他指出爱因斯坦在光子盒实验中忽略了他的引力红移公式。爱因斯坦的最后一次尝试还是以失败告终,并且是由于他一生中最幸福的思想——广义相对论,这次他不得不承认量子力学具有逻辑一致性。
爱因斯坦勇敢地面对了自己的失败,他对正统观点的批判从此也转向了正确的方向。他意识到,在量子力学形式体系内不确定关系是有效的,量子力学在此意义上也是一致的,然而,量子力学仍然是不完备的,它本身并不能证明几率特性是微观粒子运动的固有属性。




