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深度長(zhǎng)文:愛因斯坦與玻爾的世紀(jì)大戰(zhàn),結(jié)果愛因斯坦慘敗!

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20世紀(jì)初,物理學(xué)界正經(jīng)歷著前所未有的革命浪潮。經(jīng)典力學(xué)的大廈在微觀領(lǐng)域搖搖欲墜,量子力學(xué)的雛形在無數(shù)物理學(xué)家的探索中逐漸成型。



其中,以玻爾為核心的哥本哈根學(xué)派提出的量子力學(xué)詮釋,成為當(dāng)時(shí)最具影響力的學(xué)術(shù)主張,卻也遭到了物理學(xué)巨匠愛因斯坦的強(qiáng)烈質(zhì)疑。這場(chǎng)跨越十余年的學(xué)術(shù)論戰(zhàn),不僅是兩種物理觀的碰撞,更是兩位科學(xué)大師對(duì)真理的極致追求,其影響深遠(yuǎn)至今,成為物理學(xué)史上濃墨重彩的一筆。

哥本哈根學(xué)派的核心觀點(diǎn),構(gòu)建了量子力學(xué)的基本詮釋框架,其核心主張可概括為三個(gè)關(guān)鍵層面。



首先,他們認(rèn)為波函數(shù)精確地描述了單個(gè)微觀體系的狀態(tài),這一觀點(diǎn)打破了經(jīng)典力學(xué)中對(duì)物體狀態(tài)的確定性描述,將概率性引入了微觀物理的核心。其次,波函數(shù)的物理意義在于提供統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),而測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系(又稱不確定性原理)的存在,并非測(cè)量技術(shù)的局限,而是源于粒子與測(cè)量?jī)x器之間不可避免的、無法控制的相互作用——這種相互作用會(huì)不可逆轉(zhuǎn)地干擾微觀粒子的原有狀態(tài),導(dǎo)致位置與動(dòng)量、時(shí)間與能量等物理量無法同時(shí)被精確測(cè)量。最后,哥本哈根學(xué)派旗幟鮮明地指出,在空間和時(shí)間中發(fā)生的微觀過程,與經(jīng)典物理學(xué)中的因果律并不相容;經(jīng)典因果律所要求的“確定原因必然導(dǎo)致確定結(jié)果”,在微觀世界中失去了意義,取而代之的是概率性的因果關(guān)聯(lián)。

對(duì)于哥本哈根學(xué)派的這些主張,愛因斯坦始終無法認(rèn)同。在他的物理認(rèn)知中,“上帝不會(huì)擲骰子”,一個(gè)缺乏嚴(yán)格因果律的物理世界是不可想象的,也是不符合客觀實(shí)在的。愛因斯坦堅(jiān)信,物理世界的運(yùn)行必然遵循著某種確定的、可被認(rèn)知的規(guī)律,量子力學(xué)之所以呈現(xiàn)出概率性和不確定性,并非微觀世界的本質(zhì)屬性,而是因?yàn)榱孔恿W(xué)本身還存在缺陷,是一種不完整的理論。他始終致力于尋找量子力學(xué)的“漏洞”,試圖通過思想實(shí)驗(yàn)證明哥本哈根詮釋的內(nèi)在矛盾,從而推動(dòng)物理學(xué)向更完整、更符合經(jīng)典因果律的方向發(fā)展。

愛因斯坦與玻爾之間的論戰(zhàn),并非針鋒相對(duì)的惡意爭(zhēng)執(zhí),而是基于深厚友誼的學(xué)術(shù)探討。兩人私交甚篤,相互尊重對(duì)方的學(xué)術(shù)造詣,卻在量子力學(xué)詮釋的核心問題上勢(shì)同水火。1949年,愛因斯坦七十大壽之際,收到了一份極具分量的生日禮物——一本由25位頂尖學(xué)者聯(lián)合撰寫的文集,書名定為《阿爾伯特·愛因斯坦:哲學(xué)家─科學(xué)家》。這部文集既是對(duì)愛因斯坦學(xué)術(shù)成就的致敬,也收錄了學(xué)界對(duì)他學(xué)術(shù)思想的探討與爭(zhēng)鳴。其中篇幅最長(zhǎng)的一篇文章《與愛因斯坦討論原子物理中一些認(rèn)識(shí)論問題》,出自玻爾之手。

在這篇文章中,玻爾系統(tǒng)梳理了他與愛因斯坦多年來針對(duì)量子力學(xué)的爭(zhēng)辯,為這場(chǎng)物理學(xué)史上的經(jīng)典論戰(zhàn)留下了重要的史料記載。不過,玻爾的論述主要聚焦于學(xué)術(shù)問題的辨析,很少觸及兩人之間亦敵亦友的微妙關(guān)系。好在他們之間的三場(chǎng)關(guān)鍵論戰(zhàn)均發(fā)生在公開的學(xué)術(shù)場(chǎng)合,有不少同行學(xué)者的目擊記述,得以彌補(bǔ)這一遺憾,讓我們能夠更完整地還原這場(chǎng)跨越十余年的巔峰對(duì)決。

根據(jù)玻爾的回憶,他與愛因斯坦圍繞量子力學(xué)的論戰(zhàn)大致分為三個(gè)關(guān)鍵回合,時(shí)間分別是1927年、1930年和1935年,地點(diǎn)均聚焦于比利時(shí)首都布魯塞爾的索爾維會(huì)議——這一會(huì)議是當(dāng)時(shí)國際物理學(xué)界的頂級(jí)盛會(huì),匯聚了全球最頂尖的物理學(xué)家,成為量子力學(xué)發(fā)展過程中的重要交流平臺(tái)。



第一回合:1927年,第五屆索爾維會(huì)議——狹縫實(shí)驗(yàn)的交鋒

1927年10月,第五屆索爾維會(huì)議在布魯塞爾召開。這場(chǎng)會(huì)議在科學(xué)史上具有里程碑式的意義,甚至被不少學(xué)者視為量子力學(xué)發(fā)展的分水嶺。彼時(shí),量子力學(xué)的理論框架已初步建立,但不同的詮釋觀點(diǎn)仍處于激烈的交鋒之中。哥本哈根學(xué)派在此次會(huì)議上全面闡述了其量子力學(xué)詮釋,憑借清晰的邏輯和對(duì)微觀現(xiàn)象的合理解釋,給同行留下了深刻印象,為其后續(xù)成為主流詮釋奠定了基礎(chǔ)。不過,所謂“哥本哈根學(xué)派在此次會(huì)議中大獲全勝”的說法并不嚴(yán)謹(jǐn),其詮釋的真正發(fā)酵和被廣泛接受,其實(shí)是在后續(xù)多年的學(xué)術(shù)探討中逐步實(shí)現(xiàn)的。

與哥本哈根學(xué)派的“風(fēng)光”不同,愛因斯坦在這場(chǎng)盛會(huì)上的“戰(zhàn)役”并非發(fā)生在正式的會(huì)議報(bào)告中,而是集中在非正式的“會(huì)外賽”里。這些充滿思辨的討論,大多發(fā)生在早餐時(shí)的聚會(huì)、從旅館到會(huì)議廳的步行途中,以及午餐和晚餐的交流中。

對(duì)于這些場(chǎng)景,當(dāng)時(shí)年輕的物理學(xué)家海森堡留下了第一手的回憶資料,為我們還原了當(dāng)時(shí)的激烈交鋒:“我們通常在旅館吃早餐時(shí)就聚在一起,愛因斯坦總會(huì)率先開口,描述某個(gè)精心設(shè)計(jì)的思想實(shí)驗(yàn),目的是突顯哥本哈根詮釋的內(nèi)在矛盾。

之后,我會(huì)陪著玻爾和愛因斯坦從旅館步行到會(huì)議廳,一路上認(rèn)真聆聽兩人生動(dòng)的討論——他們的哲學(xué)觀差異巨大,對(duì)物理世界的認(rèn)知仿佛隔著十萬八千里。偶爾,當(dāng)討論涉及數(shù)學(xué)推導(dǎo)的細(xì)節(jié)時(shí),我會(huì)適時(shí)提出一些意見。上午的會(huì)議間隙,我們幾個(gè)年輕人,主要是泡利和我自己,會(huì)立刻湊在一起,仔細(xì)分析愛因斯坦提出的思想實(shí)驗(yàn),試圖找出其中的邏輯漏洞;到了午餐時(shí)間,玻爾會(huì)召集其他哥本哈根學(xué)派的成員,繼續(xù)深入探討當(dāng)天的問題。通常到了接近傍晚的時(shí)候,玻爾就能把當(dāng)天的問題完全分析透徹,然后借著晚餐的機(jī)會(huì),與愛因斯坦展開正面辯論。

面對(duì)玻爾的分析,愛因斯坦總是難以提出有力的駁斥,但他始終沒有真正被說服?!?/p>

在這一回合的交鋒中,愛因斯坦提出的核心思想實(shí)驗(yàn)是“狹縫衍射實(shí)驗(yàn)”,試圖以此證明測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系并不成立;而玻爾則針對(duì)這一實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了精準(zhǔn)的反駁,成功化解了愛因斯坦的攻勢(shì)。這場(chǎng)交鋒不僅展現(xiàn)了兩位大師的學(xué)術(shù)智慧,也讓在場(chǎng)的其他物理學(xué)家對(duì)哥本哈根詮釋有了更深入的理解,哥本哈根學(xué)派也因此吸引了不少支持者。其中最具代表性的,便是與愛因斯坦、玻爾都有著多年交情的物理學(xué)家保倫費(fèi)斯特(Paul Ehrenfest)——他在見證了這場(chǎng)交鋒后,甚至公開批評(píng)愛因斯坦過于保守,說道:“羞不羞啊,愛因斯坦,你現(xiàn)在的樣子,和當(dāng)年那些反對(duì)相對(duì)論的人沒兩樣了!”這句評(píng)價(jià)雖略顯尖銳,卻也反映出當(dāng)時(shí)不少物理學(xué)家對(duì)愛因斯坦堅(jiān)守經(jīng)典因果律的態(tài)度。

物理解析:狹縫實(shí)驗(yàn)中的位置與動(dòng)量之爭(zhēng)

為了更清晰地理解這場(chǎng)交鋒的核心邏輯,我們可以將兩人的核心觀點(diǎn)濃縮為邏輯推導(dǎo)的過程(雖并非完全復(fù)刻當(dāng)時(shí)的對(duì)話細(xì)節(jié),但準(zhǔn)確把握了關(guān)鍵精神)。

愛因斯坦的論述核心,是試圖證明微觀粒子的位置和動(dòng)量可以同時(shí)被精確測(cè)量,從而否定測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系。



他認(rèn)為:如果我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)帶有狹縫的裝置,觀測(cè)光子穿過狹縫的過程,就能確定光子在穿越狹縫的瞬間,其y方向的坐標(biāo)必然處于狹縫的范圍之內(nèi)。狹縫的寬度越小,我們對(duì)光子y方向坐標(biāo)的測(cè)量就越準(zhǔn)確,而且這種準(zhǔn)確度理論上可以無限提升,不存在先天的限制。另一方面,只要光子不是平行于狹縫穿過,就必然會(huì)與狹縫的邊緣發(fā)生碰撞反彈。在反彈過程中,光子y方向的動(dòng)量會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)(例如從向下的動(dòng)量變?yōu)橄蛏系膭?dòng)量)。

根據(jù)牛頓第三運(yùn)動(dòng)定律(作用力與反作用力定律),光子對(duì)狹縫邊緣施加的力,必然會(huì)讓狹縫邊緣感受到相應(yīng)的動(dòng)量變化。因此,我們可以通過測(cè)量狹縫裝置的動(dòng)量變化,間接推算出光子在y方向的動(dòng)量。愛因斯坦認(rèn)為,這種對(duì)動(dòng)量的測(cè)量準(zhǔn)確度同樣沒有先天限制。綜合來看,在光子穿越狹縫的瞬間,其y方向的位置和動(dòng)量能夠分別被測(cè)得足夠準(zhǔn)確,兩者的準(zhǔn)確度既沒有上限,也不會(huì)相互干擾——這就直接違背了測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系中“△q·△p≥h/4π”(q為位置,p為動(dòng)量,h為普朗克常數(shù))的核心主張,證明哥本哈根詮釋存在內(nèi)在矛盾。

面對(duì)愛因斯坦的挑戰(zhàn),玻爾的反駁精準(zhǔn)地抓住了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中被忽略的關(guān)鍵細(xì)節(jié)——測(cè)量?jī)x器與粒子的相互作用對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。玻爾指出:愛因斯坦的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在一個(gè)致命缺陷,即忽略了狹縫裝置本身的狀態(tài)對(duì)測(cè)量的影響。想要通過狹縫裝置測(cè)量光子的動(dòng)量變化,就必須讓狹縫裝置具備一定的彈性,例如將其懸掛在一個(gè)彈簧秤上。如果狹縫裝置是“硬邦邦”的(即質(zhì)量無限大),那么它就無法感受到光子碰撞帶來的動(dòng)量變化,自然也就無法測(cè)量光子的動(dòng)量;而一旦狹縫裝置具備了彈性,在光子與狹縫邊緣碰撞反彈時(shí),狹縫裝置本身就會(huì)發(fā)生上下移動(dòng)——這種移動(dòng)會(huì)直接導(dǎo)致我們無法準(zhǔn)確確定光子穿越狹縫瞬間的y方向坐標(biāo)。

玻爾進(jìn)一步分析:位置測(cè)量的準(zhǔn)確度與動(dòng)量測(cè)量的準(zhǔn)確度之間存在必然的反比關(guān)系。如果我們想要提升光子位置測(cè)量的準(zhǔn)確度,就必須縮小狹縫的寬度,同時(shí)限制彈簧秤的伸縮量——這會(huì)直接降低彈簧秤測(cè)量動(dòng)量變化的精密度,導(dǎo)致光子動(dòng)量測(cè)量的準(zhǔn)確度下降;反之,如果我們想要提升光子動(dòng)量測(cè)量的準(zhǔn)確度,就必須提高彈簧秤的精密度,允許彈簧有更大的伸縮量,而這會(huì)導(dǎo)致狹縫裝置的上下移動(dòng)幅度增大,使得光子位置測(cè)量的準(zhǔn)確度下降。因此,在這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)中,“位置的測(cè)量準(zhǔn)確度”與“動(dòng)量的測(cè)量準(zhǔn)確度”始終處于相互制約的狀態(tài),兩者的乘積恰好滿足測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的要求。愛因斯坦的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之所以看似能推翻測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系,是因?yàn)樗雎粤藴y(cè)量?jī)x器與微觀粒子之間不可避免的相互作用,而這種相互作用正是測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系存在的核心原因。

第二回合:1930年,第六屆索爾維會(huì)議——光箱實(shí)驗(yàn)的逆襲

俗語說“君子報(bào)仇,三年不晚”。1930年10月,第六屆索爾維會(huì)議在布魯塞爾如期召開。經(jīng)過三年的深入思考,愛因斯坦帶著更精密、更具挑戰(zhàn)性的思想實(shí)驗(yàn)再次登場(chǎng),打定主意要一雪前恥。這場(chǎng)“會(huì)外賽”的主題依然是測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系,但愛因斯坦提出的“光箱實(shí)驗(yàn)”,一度讓玻爾陷入了困境。關(guān)于這場(chǎng)交鋒的幕后花絮,玻爾的助理羅森菲爾德(Léon Rosenfeld)留下了詳細(xì)的記述,讓我們得以感受當(dāng)時(shí)的緊張氛圍:

“這次愛因斯坦提出的思想實(shí)驗(yàn)被稱為‘光箱實(shí)驗(yàn)’,其設(shè)計(jì)之精妙令人驚嘆。愛因斯坦認(rèn)為,我們可以制造一個(gè)精密的箱子,將固定數(shù)量的光子封存在箱子內(nèi)部。箱子上安裝一個(gè)由時(shí)鐘控制的閘門,這個(gè)閘門能夠精確控制開關(guān)的時(shí)間,讓我們?cè)谀硞€(gè)特定的瞬間剛好放出一個(gè)光子。閘門的開關(guān)精度越高,我們就能越準(zhǔn)確地測(cè)量出光子飛走的時(shí)間,而且這種準(zhǔn)確度理論上可以無限提升,不存在先天限制。



“另一方面,根據(jù)愛因斯坦本人提出的狹義相對(duì)論中的質(zhì)能等價(jià)關(guān)系(E=mc2),光子具有能量,當(dāng)光子從箱子中飛出后,箱子的總質(zhì)量會(huì)因?yàn)槟芰康臏p少而稍微降低。因此,我們可以在實(shí)驗(yàn)前后分別測(cè)量光箱的質(zhì)量,通過質(zhì)量差就能精確推算出飛出光子的能量——只要我們使用足夠精密的測(cè)量?jī)x器(例如彈簧秤),光子能量的測(cè)量準(zhǔn)確度同樣沒有先天限制。

“愛因斯坦指出,通過這個(gè)實(shí)驗(yàn),我們可以同時(shí)精確測(cè)量出光子的能量(通過質(zhì)量差推算)和光子飛出的時(shí)間(通過時(shí)鐘控制的閘門),這就直接構(gòu)成了測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系中‘△t·△E≥h/4π’(t為時(shí)間,E為能量)的反例。這個(gè)難題讓玻爾相當(dāng)震驚,他在聽到愛因斯坦的闡述后,當(dāng)下并未看出任何破綻。晚餐時(shí)間,玻爾始終惴惴不安,他在眾人面前不停地走來走去,反復(fù)念叨著‘如果愛因斯坦是正確的,物理學(xué)可就完蛋了’,試圖說服大家不要輕易相信這個(gè)結(jié)論,卻始終無法提出有效的辯駁。我永遠(yuǎn)忘不了這對(duì)敵手走出餐廳的情景:愛因斯坦身材高大,神情威嚴(yán),步履輕盈,臉上掛著幾分嘲諷的笑容;而玻爾則快步小跑到他旁邊,顯得非常激動(dòng),一邊走一邊不斷強(qiáng)調(diào)愛因斯坦不可能是正確的,否則物理世界的基礎(chǔ)就會(huì)崩塌。

“那天晚上,玻爾幾乎徹夜未眠,反復(fù)推敲光箱實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)細(xì)節(jié)。直到第二天早上,玻爾終于找到了愛因斯坦實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的破綻,他得意洋洋地向眾人宣布‘物理學(xué)得救了’。令人驚嘆的是,玻爾反駁的關(guān)鍵,竟然是愛因斯坦自己提出的廣義相對(duì)論!玻爾指出,當(dāng)我們測(cè)量光箱的質(zhì)量變化時(shí),必須考慮光箱在重力場(chǎng)中的位移對(duì)時(shí)鐘頻率的影響——根據(jù)廣義相對(duì)論,重力場(chǎng)會(huì)改變時(shí)鐘的頻率,導(dǎo)致時(shí)鐘無法準(zhǔn)確控制釋放光子的時(shí)間,而這種時(shí)間測(cè)量的不準(zhǔn)度,恰好與能量測(cè)量的準(zhǔn)確度滿足測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的要求。”

玻爾的這一反駁,堪稱物理學(xué)史上的經(jīng)典案例。他巧妙地運(yùn)用愛因斯坦最引以為傲的廣義相對(duì)論,成功化解了光箱實(shí)驗(yàn)的挑戰(zhàn),實(shí)現(xiàn)了反敗為勝。這場(chǎng)論戰(zhàn)傳開后,物理學(xué)界無不贊嘆玻爾的學(xué)術(shù)智慧——這無疑是現(xiàn)代版的“以子之矛,攻子之盾”,更貼切的形容或許是“以彼之道,還施彼身”。通過這場(chǎng)交鋒,哥本哈根詮釋的合理性得到了進(jìn)一步的驗(yàn)證,其影響力也隨之大幅提升。

要理解這場(chǎng)交鋒的核心邏輯,就必須深入剖析廣義相對(duì)論在光箱實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵作用——這正是愛因斯坦在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中忽略的核心細(xì)節(jié)。

首先,我們先完整梳理愛因斯坦的論述邏輯:其一,光箱閘門由時(shí)鐘精確控制,可無限提升光子飛出時(shí)間的測(cè)量準(zhǔn)確度;其二,根據(jù)質(zhì)能等價(jià)關(guān)系E=mc2,通過測(cè)量光箱釋放光子前后的質(zhì)量差,可無限提升光子能量的測(cè)量準(zhǔn)確度;其三,時(shí)間與能量的測(cè)量準(zhǔn)確度互不干擾,因此測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系△t·△E≥h/4π不成立。從經(jīng)典物理的視角來看,這一邏輯似乎無懈可擊,但玻爾敏銳地發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)忽略了廣義相對(duì)論中的重力場(chǎng)對(duì)時(shí)鐘頻率的影響。

玻爾的反駁核心的在于廣義相對(duì)論中的“引力時(shí)間膨脹效應(yīng)”。根據(jù)狹義相對(duì)論,時(shí)間的流逝速度會(huì)受到物體運(yùn)動(dòng)速度的影響(即“運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘變慢”);而廣義相對(duì)論進(jìn)一步指出,時(shí)間的流逝速度還會(huì)受到重力場(chǎng)強(qiáng)度的影響——重力場(chǎng)強(qiáng)度越大,時(shí)鐘的流逝速度越慢,這就是“引力時(shí)間膨脹效應(yīng)”。在地球表面,重力場(chǎng)強(qiáng)度并非絕對(duì)均勻,而是會(huì)隨著高度的增加而略微遞減;因此,處于不同高度的時(shí)鐘,其頻率(即時(shí)間流逝速度)會(huì)存在細(xì)微差異。

具體到光箱實(shí)驗(yàn)中,玻爾分析道:我們之所以能夠用彈簧秤或天平測(cè)量光箱的質(zhì)量,本質(zhì)上是因?yàn)楣庀涮幱诘厍虻闹亓?chǎng)中——測(cè)量?jī)x器的工作原理依賴于重力的作用。當(dāng)光箱釋放光子后,其質(zhì)量會(huì)減少,彈簧秤的彈簧會(huì)因?yàn)橹亓ω?fù)載的減小而收縮,導(dǎo)致光箱的高度上升一點(diǎn)點(diǎn)。這一微小的高度變化,會(huì)讓光箱內(nèi)部的時(shí)鐘處于重力場(chǎng)強(qiáng)度更弱的環(huán)境中,根據(jù)引力時(shí)間膨脹效應(yīng),時(shí)鐘的頻率會(huì)稍微變快,從而導(dǎo)致我們對(duì)“光子飛出時(shí)間”的測(cè)量產(chǎn)生不可避免的誤差。如果我們使用天平測(cè)量光箱的質(zhì)量,同樣會(huì)出現(xiàn)類似的情況——光箱質(zhì)量減少后,天平的平衡會(huì)被打破,光箱會(huì)發(fā)生微小的高度位移,進(jìn)而影響時(shí)鐘的準(zhǔn)確性。

進(jìn)一步推導(dǎo)可知,時(shí)間測(cè)量準(zhǔn)確度與能量測(cè)量準(zhǔn)確度之間存在必然的制約關(guān)系:如果我們想要提升光子飛出時(shí)間的測(cè)量準(zhǔn)確度,就必須限制光箱的高度變化,這就需要降低彈簧秤(或天平)的測(cè)量精密度——而這會(huì)導(dǎo)致光箱質(zhì)量差的測(cè)量準(zhǔn)確度下降,進(jìn)而降低光子能量的測(cè)量準(zhǔn)確度;反之,如果我們想要提升光子能量的測(cè)量準(zhǔn)確度,就必須提高測(cè)量?jī)x器的精密度,允許光箱發(fā)生更大的高度位移——這會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘頻率的變化更明顯,進(jìn)而降低時(shí)間測(cè)量的準(zhǔn)確度。因此,在光箱實(shí)驗(yàn)中,時(shí)間測(cè)量的不準(zhǔn)度△t與能量測(cè)量的不準(zhǔn)度△E之間的乘積,恰好滿足測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系△t·△E≥h/4π的要求。

愛因斯坦的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之所以存在破綻,是因?yàn)樗谒伎歼^程中只運(yùn)用了狹義相對(duì)論的質(zhì)能等價(jià)關(guān)系,卻忽略了廣義相對(duì)論中的引力時(shí)間膨脹效應(yīng)——而這一效應(yīng)正是微觀世界中測(cè)量過程不可避免的組成部分,也是測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系存在的根本原因之一。

第三回合的鋪墊與論戰(zhàn)的深遠(yuǎn)影響

連續(xù)兩場(chǎng)“會(huì)外賽”的失利,并沒有動(dòng)搖愛因斯坦對(duì)經(jīng)典因果律和客觀實(shí)在性的堅(jiān)守。在他看來,玻爾的勝利只是憑借對(duì)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的巧妙把控,利用了廣義相對(duì)論等已有理論進(jìn)行“防守”,并未從根本上證明哥本哈根詮釋的正確性;量子力學(xué)依然是一種不完整的理論,其概率性的表述背后,必然隱藏著某種未被發(fā)現(xiàn)的“隱變量”——只要找到這些隱變量,就能恢復(fù)微觀世界的確定性和經(jīng)典因果律。

這種信念支撐著愛因斯坦繼續(xù)深入思考,最終在1935年與波多爾斯基、羅森共同發(fā)表了題為《能認(rèn)為量子力學(xué)對(duì)物理實(shí)在的描述是完備的嗎?》的論文,提出了著名的“EPR悖論”,正式拉開了第三回合論戰(zhàn)的序幕。



EPR悖論不再針對(duì)具體的測(cè)量?jī)x器細(xì)節(jié),而是從“物理實(shí)在性”和“理論完備性”的哲學(xué)層面,對(duì)哥本哈根詮釋發(fā)起了更深刻的挑戰(zhàn)。愛因斯坦等人認(rèn)為,一個(gè)理論如果是完備的,那么每一個(gè)物理實(shí)在的元素都必須在理論中有對(duì)應(yīng)的表述;而物理實(shí)在性的標(biāo)準(zhǔn)是:如果在不干擾一個(gè)系統(tǒng)的情況下,能夠確定地預(yù)言一個(gè)物理量的值,那么這個(gè)物理量就對(duì)應(yīng)著一個(gè)物理實(shí)在的元素?;谶@一標(biāo)準(zhǔn),他們通過思想實(shí)驗(yàn)證明,量子力學(xué)中存在“超距作用”的嫌疑,違背了相對(duì)論中的光速不變?cè)?,因此量子力學(xué)是不完備的。

面對(duì)EPR悖論的挑戰(zhàn),玻爾再次展開了深入的反駁。他認(rèn)為,愛因斯坦等人對(duì)“物理實(shí)在性”的定義存在問題——在微觀世界中,測(cè)量過程與被測(cè)量對(duì)象是不可分割的整體,不存在“不干擾系統(tǒng)就能確定物理量值”的情況。所謂的“EPR悖論”,本質(zhì)上是將經(jīng)典物理中的“實(shí)在性”概念強(qiáng)加于微觀世界,忽略了微觀世界的本質(zhì)特征。玻爾指出,量子力學(xué)中的“糾纏態(tài)”并不意味著存在超距作用,而是因?yàn)槲⒂^粒子的狀態(tài)本身就是一個(gè)不可分割的整體,不能用經(jīng)典的局域?qū)嵲谛詠砗饬?。這場(chǎng)圍繞EPR悖論的論戰(zhàn),進(jìn)一步深化了人們對(duì)微觀世界本質(zhì)的認(rèn)知,也推動(dòng)了量子力學(xué)的發(fā)展——直到今天,EPR悖論依然是量子力學(xué)基礎(chǔ)研究的重要課題,而實(shí)驗(yàn)上對(duì)量子糾纏的驗(yàn)證,也在不斷印證著量子力學(xué)的正確性。

愛因斯坦與玻爾的這場(chǎng)跨越十余年的論戰(zhàn),是物理學(xué)史上的一段佳話。兩位科學(xué)大師雖然在學(xué)術(shù)觀點(diǎn)上針鋒相對(duì),卻始終保持著相互尊重、相互欣賞的友誼。他們的論戰(zhàn),不僅沒有阻礙量子力學(xué)的發(fā)展,反而為量子力學(xué)的完善提供了強(qiáng)大的動(dòng)力——通過不斷的質(zhì)疑與反駁,人們對(duì)量子力學(xué)的詮釋更加清晰,對(duì)微觀世界的本質(zhì)認(rèn)識(shí)更加深刻。如今,哥本哈根詮釋已成為量子力學(xué)的主流詮釋,但愛因斯坦的質(zhì)疑從未被遺忘——他對(duì)客觀實(shí)在性和經(jīng)典因果律的堅(jiān)守,依然在激勵(lì)著物理學(xué)家不斷探索量子力學(xué)的邊界,尋找更完整的物理理論。

這場(chǎng)論戰(zhàn)的意義,早已超越了量子力學(xué)本身。它不僅展現(xiàn)了科學(xué)探索中“質(zhì)疑與求證”的核心精神,也讓我們深刻認(rèn)識(shí)到:科學(xué)的發(fā)展從來不是一帆風(fēng)順的,而是在不同觀點(diǎn)的碰撞與交鋒中不斷前進(jìn)的。愛因斯坦與玻爾用他們的智慧和堅(jiān)守,為我們樹立了科學(xué)探索的典范——對(duì)真理的追求,既要敢于堅(jiān)持自己的信念,也要勇于正視不同的觀點(diǎn),在理性的辯論中不斷接近真相。正如玻爾所說:“愛因斯坦的質(zhì)疑,是推動(dòng)量子力學(xué)發(fā)展的最重要?jiǎng)恿χ??!倍鴲垡蛩固闺m然始終沒有認(rèn)同哥本哈根詮釋,卻也從未否定量子力學(xué)的實(shí)用價(jià)值——這種對(duì)科學(xué)的客觀態(tài)度,正是兩位大師留給后人的寶貴財(cái)富。

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