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主题:【原创】《量子》----第十章·哥本哈根的不确定性(1) -- 奔波儿

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家园 【原创】《量子》----第十章·哥本哈根的不确定性(1)

维尔纳·海森堡站在一块黑板前,面前的板子上面写满了公式和笔记,他很紧张。这位杰出的青年物理学家当时年仅25岁,他之所以如此表现,是有原因的。这一天是1926年4月28日,星期三,在柏林大学这个著名的物理会议上,他要就矩阵力学做一次报告。尽管慕尼黑和哥廷根盛名远播,但海森堡依旧将柏林大学称之为“德国物理学界的重镇”。他的眼神扫过观众席上的众人,最后落在前排的四个人身上,这四位都是诺贝尔奖获得者,他们的名字是马克斯·冯·劳厄,沃尔特·能斯特,马克斯·普朗克和阿尔伯特·爱因斯坦。

海森堡由于“第一次面对如此多的著名人物”,他感到非常紧张,但报告真的开始后,他这种紧张感就烟消云散了。在这场报告中,他认为自己“清晰地阐述了这一最为非同寻常的理论的概念及其数学依据”。报告会结束后,等观众逐渐散去,爱因斯坦邀请海森堡去他的公寓小驻片刻。从会场到哈伯兰路(Haberlandstrasse),一路走去需要半个小时,爱因斯坦询问了海森堡的家庭,教育以及他所做的一些初步研究。在爱因斯坦的公寓里,他们舒服地坐下来,海森堡回忆说,当爱因斯坦就“我近期的一些工作背后所包含的哲学涵义”进行探讨时,真正的谈话才开始。“你假定电子是存在于原子内部的,这样的假设可能是正确的”,爱因斯坦说,“但是,你拒绝接受它们是有轨道的,要知道我们能够观测到电子的轨迹形成了一个云室。可,你为什么会做出如此奇怪的一个假设呢?对此,我非常想了解。”海森堡一直企盼着能有机会战胜这位47岁的量子物理大师,如今,机会来了。

“我们无法观测到原子内部存在电子的轨道”,海森堡答复说,“但是,当原子受激后释放辐射时,我们可以推算出电子的频率和相应的幅度。”关于这一他所热衷的话题,他辩解说“因为任何一个好的理论都应该是建立在直观观测的基础上的,所以我认为自己最好按照这一规则行事,根据观测事实对电子进行分析,而不是认为它们反映出其占据一定的轨道”。爱因斯坦说:“但是,你并非真的相信离开了观测结果就无法构建出一套物理理论吗?”实质上,这一问题正好戳中了海森堡所构建的这一新力学理论的基础要害。“难道你所创立的相对论就那么精确吗?”海森堡反诘道。

“再妙的诡计使两遍就不灵了”,爱因斯坦微微一笑。“也许,我所用的不是这一套推理方式,”他表示退让,“但也同样是无稽之谈。”尽管把握住那些真实的可观测到的现象这一方法可能是有用的,但是,他坚持认为“单纯地在可观测尺度上来构建理论体系的方法是错误的”。“实际上,正好相反。正是理论决定了我们所能观测到的这些现象。”爱因斯坦到底是啥意思呢?

大约在一个世纪前,即1830年,法国哲学家奥古斯特·孔德(Auguste Comte:1798~1857)提出:虽然所有的理论都必须以观测事实为依据,但是,我们的心中也应该有一套理论来指导我们的观测。而爱因斯坦费尽心机所想解释的是:观测是一个复杂的过程,其中包含对所观测现象的假设,而这些假设被运用于理论之中。“观测到的现象会在我们的测量设备里产生某些反应”,爱因斯坦说。“因此,在这些观测设备中,进一步的反应过程随之发生,并以循序渐进且难以琢磨的方式使我们产生感觉和印象,从而在我们的意识中不断强化这些认识。”爱因斯坦认为这些认识取决于我们的理论。“在你的理论体系中,”他对海森堡说,“你做了一个异常突出的假设,即当光从一个震荡的原子传输到分光镜或者眼睛中时,其力学机制正如人们平常所认识的那样,必须要严格服从麦克斯韦定律。但是,如果实际上并非如此,那么你就不可能在某些你称之为可观测的尺度上观测到任何现象。”爱因斯坦继续施压,他说:“你宣称自己仅仅是引入了观测尺度的想法,但实际上,这也是一种假设,而这正是你一直妄图进行系统化的理论的特点。”“爱因斯坦的观点让我完全呆住了,尽管我认识到他的观点有一定的说服力”,海森堡后来也承认。

在爱因斯坦还在做专利局的小职员的时候,他曾经专研过奥地利物理学家恩斯特·马赫的著作,根据他的理论,科学的目的并非是为了揭示自然的奥秘,而是为了尽可能有效地描述实验数据,也就是所谓的“事实”。任何科学概念的提出都是为了理解其运行方式,即应该如何对其进行测度。正是在这种哲学思想的潜移默化下,爱因斯坦对已有的绝对时空概念发起了挑战。但是他早已抛弃了马赫的方法,因为,正如他所告诉海森堡的,这一方法“实质上忽略了世界是真实存在这一事实,也忘记了我们的所感所识是建立在一些客观现象的基础上的”。

海森堡离开了公寓,为自己没能成功说服爱因斯坦而垂头丧气,同时,他还需要做出一个决定。在三天之后,即5月1日,他按照计划应该回到哥本哈根,接收自己的双份工作,即在大学里,一边为玻尔当助手,一边担任讲师一职。但是,莱比锡大学刚给他发来一份正教授的聘书。海森堡知道对于他这样的年轻人而言,这是莫大的一份荣誉,但他是否应该接受这份职位呢?海森堡向爱因斯坦叙说了他的两难抉择。爱因斯坦建议他回去和玻尔一起工作。第二天,海森堡在写给双亲的信中说自己婉拒了莱比锡的聘书。“如果我能继续写出好的论文,”他安慰自己和父母说,“我一定会收到其它的聘书;否则,我也不配接受这份荣誉。”

第十章·哥本哈根的不确定性(2)

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