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主题:【原创】《量子》----第九章·姗姗来迟的桃色事件(1) -- 奔波儿

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家园 【原创】《量子》---第九章·珊珊来迟的桃色事件(10)

波函数自身并无物理涵义;它只存在于那个由概率论统治的鬼魅般的神秘世界里。它只适用于抽象的可能性,例如当电子与原子相撞后将会以哪些角度被散射出去。但在可能性与概率性之间,泾渭分明。玻恩指出波函数的平方是一个实数而非一个虚数,且主宰着这个概率世界。例如,波函数的平方值,并不能给出一个电子的确切位置,但能给出该位置的概率大小,即它将在此处而非彼处出现的概率。例如,如果一个电子在X处的波函数值为其在Y处的值的两倍,那么在X处发现该电子的概率将为在Y处发现它的概率值的4倍。但是,我们依旧可能在X处、Y处,或者其它什么位置发现该电子。

尼尔斯·玻尔起初这种观点持反对态度,后来却不得不改变态度,因为此时有人做了一个观测或者说一次测量,发现像电子这样的微观物理目标体在哪儿也待不住。在两次测量之间,除了用波函数可以抽象描述出其存在于某处的可能程度,人们根本无法测出其位置。只有一种情况下存在例外,那就是“波函数发生崩溃”,此时只有一种电子“可能存在的”状态为其“实际的”状态,而其它可能性的概率则降为零。

对玻恩而言,薛定谔的方程刻画的是一个概率波(Probability Wave)。真实的电子波是不存在的,只存在着抽象的概率波。“按照我们量子力学的观点,我们不可能单独用某个定量化参数来确定碰撞效应”,玻恩写道。而且,他还承认“我个人趋向于在原子世界中放弃确定性原则。”然而,当“粒子的运动依照概率原则进行”时,他指出“概率自身却要依照因果律原则发展”。

在玻恩发表两篇论文的间隙,他完全掌握了一种全新的方法,即将概率论引入到物理学的领域。在经典理论中,人们往往在理论上会避免任何概率性事件,但“量子概率(Quantum Probability)”却与之迥异,它是原子世界中的一个固有特征。例如,人们无法预测某个放射性标本中的某一单个原子什么时候会发生衰变,但同时人们可以确信有那么一个原子肯定会衰变,之所以做出这种结论,并不是因为人们缺乏这方面的知识,而是因为正是量子的概率特性确定了放射性衰变就应该如此。

薛定谔不同意玻恩所作的概率解释,他无论如何也无法接受这种观点:当一个电子或者一个阿尔法粒子与原子碰撞只是一个绝对意外的事件,即这是“完全不可确定的”。否则,假设玻恩是正确的,那么量子跃迁就一定会随之发生,而因果律就会再一次被罩上阴影。1926年11月,薛定谔在写给玻恩的信中说:“然而,我有一种印象,即你和其他那些与你持有相同观点的人,都被那些概念(例如,定态,量子跃迁,等等)给深深套牢。在过去的十几年间,这些东西在我们的学术思考中已经占有了一席之地;因此,当有人尝试与这种思考方式说再见时,你们根本无法做出全面的判断。”薛定谔从未舍弃他对波动力学所做的解释,也不准备放弃对原子现象做出形象化描述的努力。他曾经明确谈到“我无法想象出一个电子会像一只跳蚤一样蹦来蹦去”。

哥本哈根,哥廷根以及慕尼黑组成了量子研究的金三角,苏黎世显然是处于化外之地。在1926的春天和夏天,波动力学像燎原之火横扫欧洲大陆的物理学界,很多人都急于想亲耳听听薛定谔谈谈他的理论。阿诺德·索末菲和威廉·维恩向薛定谔发出一封邀请函,希望他能来慕尼黑做两场报告,薛定谔收信后立刻就答应了。7月21日,第一场报告在索末菲所主持的“周三报告会”上如期举行,反响良好。第二场则于7月23日移师到德国物理协会的巴伐利亚分会举行。海森堡当时是在哥本哈根给玻尔当助手,这时恰好回到了慕尼黑,并参加了薛定谔所做的两场报告会,随后才去做了一次远足旅行。

在第二次报告会举行的时候,当海森堡厕身于摩肩接踵的报告厅里,他安安静静地听着薛定谔在台上做报告,直至结束,报告的题目是“(波动力学的最新结果)New Results of Wave Mechanics”。在随后的问答环节中,他却越来越恼火,以至于无法保持沉默。当他突然站起身来说话时,所用的目光都集中在他的身上。他指出,薛定谔的理论无法解释普朗克的辐射定律,也无法说明弗朗克----赫兹实验以及康普顿效应。如果像薛定谔所企图的那样,把非连续性与量子跃迁全抛到脑后,那么对这些都无法解释。

薛定谔还未做出回答,听众席上就已经有人对这位24岁的年轻人的质询表示不满,维恩气哼哼地站起来,制止了这一无理举动。海森堡后来对泡利说,这位老物理学家“差点把我给轰出去”。这一老一少又仿佛回到了当年海森堡还在慕尼黑做学生的时代,那时候,当海森堡在进行博士学位的口头答辩时,只要是涉及到实验物理学的内容,他的表现都是一塌糊涂。“年轻人,薛定谔教授肯定会在恰当的时候回答所有这些问题”,维恩对海森堡说,并示意他坐下来。“你必须明白,我们现在就要终结量子跃迁这种毫无意义的东西”。薛定谔的情绪并未受到影响,他答复说所有这些遗留的问题都会得到解决。

第九章·珊珊来迟的桃色事件(11)


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