1927年,第五届索尔维会议在比利时布鲁塞尔召开了,主题是光子和电子,讨论当时新近构建的量子力学。
索尔维会议是20世纪初一位比利时的实业家欧内斯特·索尔维(Ernest Solvay, 1838-1922)创立的物理、化学领域讨论的会议。1911年,第一届索尔维会议在布鲁塞尔召开,讨论辐射和量子。以后每3年举行一届。
一张汇聚了物理学界智慧之脑的“明星照”则成了这次会议的见证,数十个涵盖了众多分支的物理学家都留下了他们的身影。
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | |
第三排 | 皮卡尔德 | 亨里奥特 | 埃伦费斯特 | 赫尔岑 | 顿德尔 | 薛定谔 | 维夏菲尔特 | 泡利 | 海森堡 | 福勒 | 布里渊 |
第二排 | 德拜 | 努森 | 布拉格 | 克雷默 | 狄拉克 | 康普顿 | 德布罗意 | 玻恩 | 玻尔 | ||
第一排 | 朗缪尔 | 普朗克 | 居里夫人 | 洛伦兹 | 爱因斯坦 | 朗之万 | 古耶 | 威尔逊 | 理查森 |
第三排A.Piccard、E.Henriot、P.Ehrenfest、E.Herzen、Th.deDonder、E.Schrödinger、J.E.Verschaffelt、W.Pauli、W.Heisenberg、R.H.Fowler、L.Brillouin;
第二排P.Debye、M.Knudsen、W.L.Bragg、H.A.Kramers、P.A.M.Dirac、A.H.Compton、L.deBroglie、M.Born、N.Bohr;
第一排I.Langmuir、M.Planck、M.Curie、H.A.Lorentz、A.Einstein、P.Langevin、Ch.E.Guye、C.T.R.Wilson、O.W.Richardson;
量子力学产生以来,正确性以被大量实验验证。然而,量子力学存在一个重大问题没有解决:量子力学是否是完备的,波函数是否精确描写了单个体系的状态。
会议分为三派:
哥本哈根学派: | 波尔 | 波恩 | 海森伯 |
爱因斯坦派: | 爱因斯坦 | 德布罗意 | 薛定谔 |
实验派: | 布拉格 | 康普顿 |
哥本哈根学派认为:
1 波函数精确地描述了单个体系的状态。
2 波函数提供统计数据,测不准关系的存在是由于粒子与测量仪器之间的不可控制性。
3 在空间,时间中发生的微观过程和经典因果律不相容。
爱因斯坦对此并不认同,一个没有严格因果律的物理世界是不可想象的。他认为量子力学可能出了问题。
德布罗意说:粒子是波场中的一个奇异点,波引导着粒子运动。
泡利狠狠批评这个理论,举出一系列实验结果反驳德布罗意,德布罗意被迫放弃自己的观点。
海森伯和波恩说:我们主张量子力学是完备的,它的基本物理假说和数学假设不能进一步修改。他们攻击薛定谔的电子云。
薛定谔承认自己的计算不完美,但谈论电子轨道是胡扯。
爱因斯坦终于说话了,他提出一个模型:
一个电子通过一个小孔得到衍射图像。
爱因斯坦指出两种观点:
1 这里没有一个电子,只有一团电子云。
2 的确只有一个电子,波函数是“几率分布”。
爱因斯坦反对观点2,因为:
这种随机性表明同一过程产生不同结果。
即感应屏的许多区域同时对电子观测作出反应。
而这似乎暗示一种超距作用,从而违背相对论。
"讨论很快就变成一场爱因斯坦和波尔之间的决斗。"
"我们一般在旅馆用早餐就见面,于是爱因斯坦就描绘一个思维实验,他认为从中可以清楚地看出歌本哈根解释的内部矛盾。"
"一般来说玻尔在傍晚的时候就对这些理想实验完全心中有数,他会在晚餐时把它们分析给爱因斯坦听。爱因斯坦对这些分析提不出反驳,但在心里他是不服气的。"
爱因斯坦如此虔诚地信仰因果律,以致决不能相信哥本哈根那种愤世嫉俗的概率解释。"上帝不掷骰子!"但是第一次论战他输了,输给玻尔的哥本哈根学派。
三年后的秋天,第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。爱因斯坦瞄准最关键的精髓所在:不确定性原理!
爱因斯坦提出光箱实验
箱子里有若干光子。
打开时间Δt,只放出一个光子,Δt确定
于是箱子轻了Δm,可以用理想的秤测出
将Δm代入E=mc^2,ΔE也确定
ΔE和Δt都确定,测不准原理
ΔEΔt > h/2π不成立
这个实验的精髓所在是:
在精确测量Δt时,可以精确测量Δm
而Δm可以由质能方程转化为精确的ΔE
ΔE,Δt都是精确的,测不准关系失效了
玻尔对此毫无准备,他脸如死灰,呆若木鸡。
第二天,玻尔的胜利到来了。
玻尔指出:
一个光子跑了,箱子轻了Δm
用弹簧秤称,设置零点,设位移Δq
根据广义相对论的红移效应,箱子在引力场移动Δq,Δt也相应改变ΔT
可以计算:ΔT>h/Δmc^2
代入E=mc^2得ΔEΔT > h/2π
这次轮到爱因斯坦说不出话了。
爱因斯坦的广义相对论推翻了他自己。
哥本哈根学派大获全胜。
爱因斯坦没有出席第七届索尔维会议,由于纳粹德国的迫害而背井离乡。
而这次会议的主题已改成原子物理。
量子力学的索尔维会议已经结束了。
然而事情并没有就此完结。
1935年,薛定谔发表论文《量子力学的现状》,提出了恶梦般的猫实验。
对此,哥本哈根学派只能吞下苦水,承认那只猫是处于"死活混合"的幽灵态。
No | Year | Title |
1 | 1911 | The theory of radiation and quanta |
2 | 1913 | The structure of matter |
3 | 1921 | Atoms and electrons |
4 | 1924 | Electric conductivity of metals and related problems |
5 | 1927 | Electrons and photons |
6 | 1930 | Magnetism |
7 | 1933 | Structure & properties of the atomic nucleus |
8 | 1948 | Elementary particles |
9 | 1951 | The solid state |
10 | 1954 | Electrons in metals |
11 | 1958 | The structure and evolution of the universe |
12 | 1961 | Quantum field theory |
13 | 1964 | The Structure and Evolution of Galaxies |
14 | 1967 | Fundamental Problems in Elementary Particle Physics |
15 | 1970 | Symmetry Properties of Nuclei |
16 | 1973 | Astrophysics and Gravitation |
17 | 1978 | Order and Fluctuations in Equilibrium and Nonequilibrium Statistical Mechanics |
18 | 1984 | Higher Energy Physics |
19 | 1987 | Surface Science |
20 | 1991 | Quantum Optics |
21 | 1998 | Dynamical Systems and Irreversibility |
22 | 2001 | The Physics of Communication |
23 | 2005 | The Quantum Structure of Space and Time |
24 | 2008 | Quantum Theory of Condensed Matter |
25 | 2011 | The theory of the quantum world |
26 | 2014 | Astrophysics and Cosmology |
27 | 2017 | The physics of living matter: Space, time and information in biology |
爱因斯坦,美籍德国犹太裔,理论物理学家,相对论的创立者,现代物理学奠基人。
1921年获诺贝尔物理学奖,1999年被美国《时代周刊》评选为“世纪伟人”。
爱因斯坦曾经是量子力学的催生者之一,但是他不满意量子力学的后续发展,爱因斯坦始终认为“量子力学(以波尔为首的哥本哈根诠释:“基本上,量子系统的描述是机率的。一个事件的机率是波函数的绝对值平方。”)不完备”,但苦于没有好的解说样板,也就有了著名的“上帝不掷骰子”的否定式呐喊!爱因斯坦到过世前都没有接受量子力学是一个完备的理论。爱因斯坦还有另一个名言:“月亮是否只在你看着他的时候才存在?”
1927年10月参加第五届布鲁塞尔索尔维物理讨论会,开始同哥本哈根学派就量子力学的解释问题进行激烈论战。发表《牛顿力学及其对理论物理学发展的影响》。
第五届索尔维会议讨论的核心是有关量子力学的,而追溯量子力学就不得不提及一个人,那便是马克斯·普朗克(Max Planck1858~1947,前排左二),德国物理学家,“量子力学之父”。
参加这届索尔维会议时他已经69岁,德高望重,是当然的前辈。
19世纪末,扬弃古典物理学的观念已提上日程。因而消除牛顿力学和麦克斯韦电磁场这两大理论之间的不一致,就成为二十世纪物理学发展的前提。普朗克此时提出了一个大胆的假说,在科学界一鸣惊人。这一假说认为辐射能(即光波能)不是一种连续的流,而是由小微粒组成的。他把这种小微粒叫做量子。普朗克的假说与经典的光学学说和电磁学说相对立,使物理学发生了一场革命,使人们对物质性和放射性有了更为深刻的了解。
荷兰物理学家亨德瑞克·安图恩·洛伦兹(Hendrik Antoon Lorentz,1853—1928,前排左四),在莱顿大学任教期间创立了电子论,并与塞曼因研究磁场对辐射现象的影响,发现塞曼效应,分享了1902年度诺贝尔物理学奖。
1904年他提出著名的洛仑兹变换公式,并指出光速是物体相对于以太运动速度的极限。
洛伦兹不仅是物理学界的明星人物,由于其通晓人文地理,且掌握多门外语,是国际物理学界的各种集会很受欢迎的主持人,此次物理学家的峰会便是由其主持。
这些物理界的明星人物中,有一人还对中国物理学会的成立起过积极的作用,那便是保罗·朗之万(Paul Langevin,1872—1946,前排右四)。
朗之万生于巴黎,1905年他看到爱因斯坦的论文后,对相对论表示了浓烈的兴趣,并和爱因斯坦结下了深挚的友谊。他形象地阐述相对论并作了大量宣传工作,因而有“朗之万炮弹”的美称。
1931年,正值“九一八事变”发生,朗之万受国际联盟委托来中国考察教育,对中国人民的抗日活动表示声援。他甚至呼吁中国物理学界联系起来,催化了当时酝酿已久的中国物理学会成立。朗之万本人也成为中国物理学会第一位名誉会员。
埃伦费斯特(P.Ehrenfest,1880-1933,后排左三),荷兰物理学家。如果说,玻尔的对应原理是在经典物理学和量子力学之间架起的一座桥梁,那么埃伦费斯特的浸渐原理则是两者之间的又一座桥梁。
1906年,埃伦费斯特开始研究普朗克辐射定律的统计力学基础。爱因斯坦对他的思想评价颇高,1914年称埃伦费斯特的原理为“浸渐假说”。玻尔也充分肯定埃伦费斯特的贡献,承认在自己后来的工作中浸渐原理起了很重要的作用。
保罗·阿德里·莫里斯·狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac,1902-1984,中排左五)是一位英国物理学家。他长期从事科学研究,创立量子电动力学;1928年建立“狄拉克方程”,即相对论形式的薛定谔方程;这个貌似简单的方程式从理论上预言了正电子的存在,具有划时代的意义;它对原子结构及分子结构都给予了新的诠释。
1935年他曾来中国,在清华大学讲学,并曾被选为中国物理学会名誉会员。
彼得·德拜(Peter Debye,1884-1966,中排左一),是出生于荷兰的美国物理化学家,发明了著名的德拜相机,使得X光材料分析成为一门课程。
1936年,因通过偶极矩研究及X射线衍射研究对分子结构学科所作贡献而获诺贝尔化学奖。
物理学,在通常的认识中是被男性占据的领地。梦之队差一点又将佐证这一常识,但偏偏就有那么个“出格”的人打破了这一“神话”,那便是居里夫人。
1867年出生的玛丽·斯可罗多夫斯·居里(Marie Curie,1867-1934,前排左三)尽管受教育较晚,却一点都没阻拦她在物理学、化学等领域的研究和所作的贡献。
居里夫人凭着坚韧的精神前进在严肃的学术领地中,她选择“放射性”作为其一生要攻克的领地,研究了许多物质,发现钍及其化合物的特性与铀相同。研究沥青铀矿时,她发现了镭和钋。
1910年她成功地分离了纯镭。
因居里夫人的突出贡献,她曾两次获诺贝尔奖,1903年的物理奖,1911年的化学奖。
-End-
联系客服