玻尔与爱因斯坦的争论

1927年wenku.baidu.com0月在布鲁塞尔召开了 第五次索尔维会议
玻恩和海森伯作了关于矩阵力学的报告，他们在 报告的最后提出：“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说是不能进一步被 修改的。”这番话无疑是向不同意见提出了挑战。会 议主席洛伦兹也提出疑义。洛伦兹请玻尔阐述他的互 补原理，玻尔发言重复了他在科摩会议上的观点，但 是，爱因斯坦一直没有发言，直到玻恩直接问到爱因 斯坦的意见，他才起来发言。爱因斯坦表示赞同量子 力学的系综几率解释，而不赞成把量子力学看成是单 个过程的完备理论的观点。在当时大多数人都赞成量 子力学几率解释的情况下，爱因斯坦的发言掀起了波 浪．从而引发了他和玻尔之间就量子力学诠释问题的 公开争论。
(2)量子跃迁是量子力学的最基本概念
它赋予微观客体过程一个实质性的不连续 性，这种不连续性构成了人们对微观客体认识 的极限。在量子力学中，人们无法同时准确地 知道一个微观粒子的位置和动量，遵循“不确 定关系”。可以证明对于物理学中的其他“共 轭”变量，例如能量与时间，也同样遵循“不 确定关系”。同时精确地测定一对共轭正则变 量是不可能的，因为原则上所能达到的精确度 受到了作用量子的限制。
三、论战的爆发 • 1926年9月，薛定谔应玻尔的邀请，到哥本哈根介绍 他的波动力学。在结束时，薛定谔提出应该放弃量 子跃迁的概念，而代之以三维空间的波来描述微观 客体的行为。玻尔与薛定谔争论着。他们的争论可 以看作是爱因斯坦与玻尔争论的序幕。 • 1927年9月，在意大利科摩召开了一次纪念意大利科 学家伏打逝世一百周年的会议上，玻尔第一次公开 了他提出的互补原理。这使到会的科学家们感到震 惊。薛定谔和劳厄并不赞成玻尔的观点，尤其是不 同意把物理学建立在不确定关系或其他不确定的统 计解释上。
EPR认为在量子力学中，由于不确定关系的结果， 对于这一对共轭的物理量在下述两个判断中只能选择 一个：或者认为量子态 对于实在的描述是不完备的； 或者对应于这两个不能对易的算符的物理量不能同时 具有物理的实在性。 EPR设想了一个理想实验，设想了一个对物理体 系不进行任何干扰的测量方法。 总之，爱因斯坦等人通过他们所提出的理想实验 的讨论而得到结论：量子力学的波函数只能描述多粒 子组成的体系(系综)的性质，而不能准确地描述单个体 系(如粒子)的某些性质；但是一个完备性的理论应当能 描述物理实在(包括单个体系)的每个要素的性质，所以 不能认为量子力学理论描述是完备的。
玻尔的回答采用了爱因斯坦 自己创立的广义相对论，使得爱 因斯坦不能不承认玻尔的结论是 无可指责的。爱因斯坦精心设计 的“光子箱”理想实验非但没有 难倒玻尔，反而成了不确定原理 的一个绝好例证。爱因斯坦企图 推翻不确定关系的尝试再一次失 败。
爱因斯坦“光子箱”
EPR佯谬 ：第六届索尔维会议之后，爱因斯坦承认了 海森伯的不确定原理和量子力学理论在逻辑上的自洽 性，但是他仍然坚持认为量子力学是不完备的。1935 年5月，爱因斯坦和美国物理学家波多尔斯基、罗森合 作发表的《能认为量子力学对物理实在的描述是完备 的吗?》一文对量子力学理论的完备性提出了有力的反 驳，这就是著名的以三位作者的姓的第一个字母简称 的“EPR佯谬”。 EPR认为判断一种物理学理论成功与否的两个判据 1、“完备”理论的必要条件：物理实在的每一要素在 理论中都必须具有对应的部分； 2、“实在”要素的充分条件：不干扰这个体系而能够 对它作出确定的预测。
(3)描述微观客体的波函数是一种几率波，粒子出现 的几率由波幅的平方所决定。
由此，在微观领域里，力学的因果律和决定论 都遭到了破坏。根据量子力学理论，在同样的实验 条件下，可以发生各种不能预期的个体量子过程， 因而观测的结果也可能是各种各样的。每次测量都 会由于观测仪器与微观客体之间不可控制的相互作 用而引进新的初始条件，使通常意义下的因果链被 打断。所以在量子力学中，人们必须放弃力学意义 上的因果律和决定论，而把几率性看成是本质的。
四、争论的高潮 在1930年10月召开的第六届索尔维会议上，爱因 斯坦又提出了一个“光子箱”理想实验: 在t里，让一 个光子飞出；t可通过计时装置精确测定；飞出光子 而引起的整个箱子的质量改变m也可精确地测定，并 由E = mc2计算出箱内的能量变化E。这样，t和E 就可同时测定，不确定关系不再成立。
(4)从实验中所观测到的微观现象，只能用通常 的经典语言作出描述。
微观客体的“波粒二象性”，即它的波动 性和粒子性，正是用经典语言描述微观客体的 结果。这两种图像既互相排斥，又必须同时用 于对微观客体的统一性质的描述，所以它们又 是互补的。这种互补的概念适用于整个物理学， 甚至超越了物理学界而成为有普遍意义的一个 哲学原理。
二、爱因斯坦的观点
哥本哈根学派的观点，引起了爱因斯坦、薛 定谔、德布罗意等一些著名的物理学家的质疑，其 中以爱因斯坦的观点最具代表性。 爱因斯坦的观点：
1、坚持完全的因果性，对统计因果律持有异议；
2、对观察到的是“物理实在”，而非“客观实在” 的观点持有异议， 他曾说过一句充分表达内心信念的名言：“你 相信掷骰子的上帝，我却相信客观存在的世界中的 完备定律和秩序。”
量子力学的“正统”解释的要点 (1)可观察量是建立理论的基础和依据
人们无法直接观察到原子、电子、光子的行为， 而只能在人工安排的特殊条件下对微观客体的行为和 特性作出实验观测，从而得出各种观测结果之间关系 的规律。但是在人们用特意安排的实验仪器观察微观 客体时，就不可避免地要产生干扰，因而可观察量表 现出的正是实验环境中的客体的行为和性质。这使量 子现象具有主体与客体的不可分性，人们观察到的并 不是微观客体本身的行为，而是从宏观仪器上呈现出 来的实验观测结果推断出来的结论。这在逻辑上就无 法排除人们的主观成分，因此在量子理论中，既包含 着客观要素，也包含着主观要素。
争论举例
1、 “单缝衍射”的理想实验：玻尔指出不能避免在测 量时仪器对电子不可控制的相互作用，即电子与狭缝边 缘的相互作用。 2、“双狭缝干涉实验”。可测出电子的准确径迹，显 示出电子的粒子性。从而克服了单缝实验时测不准的困 难。对此，玻尔经过仔细地思考反驳说，如果我们关闭 狭缝M或N中的任何一个，实验状态就完全改变了。这 样，玻尔就把爱因斯坦 用来反驳互补原理的理想 实验，反而变成了用互补 原理来说明波粒二象性的 例子。