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科学史上大腕云集的索尔维会议

     图片摄于国际索尔维物理研究所,被誉为:汇集全球三分之一智慧的照片。

     参加这次会议的二十九人中有十七人获得或后来获得诺贝尔奖。

第三排:奥古斯特·皮卡尔德、E. Henriot、保罗·埃伦费斯特、Ed. HerzenThéophile de Donder、欧文·薛定谔、E. Verschaffelt、沃尔夫冈·泡利、沃纳·海森堡、R.H.福勒、里昂·布里渊

第二排:彼得·德拜、马丁·努森、威廉·劳伦斯·布拉格、Hendrik Anthony Kramers、保罗·狄拉克、亚瑟·康普顿、路易·德布罗意、马克斯·波恩、尼尔斯·玻尔

第一排:欧文·朗缪尔、马克斯·普朗克、玛丽·居里、亨得里克·洛仑兹、阿尔伯特·爱因斯坦、保罗·朗之万、Ch. E. GuyeC.T.R.威尔逊、O.W.里查森

      (文后有各人物传记)

众所周知,物理学无论是在整个科学技术领域的地位还是人类社会文明进步的发展中,都具有不可替代的作用,而20世纪,则是物理学取得突飞猛进的发展和极其辉煌的一个世纪。恰如杨振宁所说:“在20世纪,物理学产生了奥妙的观念革命,从而改变了人类对空间、时间、运动和力这几种基本概念的认识,深入探索了物质内部结构的奥秘,通过技术进步为人类生产力带来了空前的增长。”这种概述强有力的总结了物理学在20世纪发展过程中的地位和作用!为世人可称道也!

而作为可以改变人们物质观、时空观、宇宙观的物理学科,不仅具有深邃的科学内涵,更具有深沉博大的哲学气度。其实,伟大的物理学家往往极具非凡的哲学思维,爱因斯坦曾评述说:“如果把哲学理解为在最普遍和最广泛的形式中对知识的追求,那么显然,哲学就可被认为是全部科学研究之母。”然而,一个人的哲学思维虽然可以囊括对整个宇宙的思索,但是苦于自身的局限性,总会在见微知著的思维中忽视了整个宇宙中些许的博大精深之处,也会有些许的偏颇之处。而1927年,汇聚了物理学界智慧之脑会议,便极有力的推动了20世纪的发展,那便是-----5届索尔维会议

会议议程揭露量子论的发展史:

会议开始之后,劳伦斯·布拉格首先关于 X射线的实验报告,然后康普顿报告康普顿实验以及其和经典电磁理论的不一致的观点紧接着,德布罗意作了关于量子新力学的演讲报告,主要是关于粒子的德布罗意波。随后波恩和海森堡介绍量子力学的矩阵理论,而薛定谔介绍波动力学。最后,玻尔在科莫演讲的基础上再次做那个关于量子公设和原子新理论的报告,进一步总结互补原理,给量子论打下整个哲学基础。

这个会议议程本身就是量子论发展的一部简缩史,而从报告的回报过程,便可以明显地分成三派:一是以布喇格和康普敦为代表的,只关心实验结果的实验派:康普顿在索尔维的峰会上,倾心于他的实验成果,报告了康普顿实验以及其和经典电磁理论的不一致的观点,而劳伦斯·布喇格则做的是关于X射线的实验报告。二是以玻尔为中心的哥本哈根学派,代表学者有玻尔、波恩和海森堡等人;三是以爱因斯坦、薛定谔、德布罗意为代表的哥本哈根质疑派!

唇枪舌战的量子论哲学科学之辩:

索尔维会议的气氛从一开始便是火热的,然而恰如拳王争霸赛一样,重头戏到来之前先有一系列的垫赛:大家先就康普顿的实验做了探讨,然后各人分成了泾渭分明的阵营,互相炮轰。德布罗意一马当先做了发言,他试图把粒子融合到波的图像里去,提出了一种导波pivot wave)的理论,认为粒子是波动方程的一个奇点,它必须受波的控制和引导。这时,泡利站起来狠狠地批评这个理论,因为首先不能容忍历史车轮倒转,回到一种传统图像中,然后他引了一系列实验结果来反驳德布罗意。

众所周知,泡利是世界第一狙击手,谁要是被他盯上了多半是没有好下场的,德布罗意最后不得不公开声明放弃他的观点。幸好薛定谔大举来援,不过他还是坚持一个非常传统的解释,这连盟军德布罗意也觉得不大满意,泡利早就嘲笑薛定谔为幼稚。波恩和海森堡躲在哥本哈根掩体后面对其开火,他们在报告最后说: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设是不能进一步修改的。他们也集中火力猛烈攻击了薛定谔的电子云,后者认为电子的确在空间中实际地如波般扩散开去。

海森堡评论说:我从薛定谔的计算中看不到任何东西可以证明事实如同他所希望的那样。薛定谔承认他的计算确实还不太令人满意,不过他依然坚持,谈论电子的轨道是胡扯(应该是波本征态的叠加),波恩回敬道:不,一点都不是胡扯。在一片硝烟中,会议的组织者,老资格的洛伦兹也发表了一些保守的观点

  爱因斯坦一开始按兵不动,保持着可怕的沉默,不过当波恩提到他的名字后,他终于忍不住出击了。他提出了一个模型:一个电子通过一个小孔得到衍射图像。爱因斯坦指出,目前存在着两种观点,第一是说这里没有一个电子,只有一团电子云,它是一个空间中的实在,为德布罗意薛定谔波所描述。第二是说的确有一个电子,而ψ是它的几率分布,电子本身不扩散到空中,而是它的几率波。爱因斯坦承认,观点II是比观点I更加完备的,因为它整个包含了观点I。尽管如此,爱因斯坦仍然说,他不得不反对观点II。因为这种随机性表明,同一个过程会产生许多不同的结果,而且这样一来,感应屏上的许多区域就要同时对电子的观测作出反应,这似乎暗示了一种超距作用,从而违背相对论。

会议的演变为两虎相争的科学论辩:

  风云变幻,龙虎交济,现在两大阵营的幕后主将终于都走到台前,开始进行一场决定命运的单挑。可惜的是,玻尔等人的原始讨论记录没有官方资料保存下来,对当时情景的重建主要依靠几位当事人的回忆。这其中有玻尔本人1949年为庆祝爱因斯坦70岁生日而应邀撰写的《就原子物理学中的认识论问题与爱因斯坦进行的商榷》长文,有海森堡、德布罗意和埃仑菲斯特的回忆和信件等等。当时那一场激战,讨论的问题中有我们已经描述过的那个电子在双缝前的困境:如何选择它的路径以及快速地关闭/ 打开一条狭缝对电子产生的影响。还有许许多多别的思维实验。埃仑费斯特在写给他那些留守在莱登的弟子们(乌仑贝特和古德施密特等)的信中描述说:爱因斯坦像一个弹簧玩偶,每天早上都带着新的主意从盒子里弹出来,而玻尔则从云雾缭绕的哲学中找到工具,把对方所有的论据都一一碾碎。

海森堡1967年的回忆则说:讨论很快就变成了一场爱因斯坦和玻尔之间的决斗:当时的原子理论在多大程度上可以看成是讨论了几十年的那些困难的最终答案呢?我们一般在旅馆用早餐时就见面了,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哥本哈根解释的内部矛盾。然后爱因斯坦,玻尔和我便一起走去会场,我就可以现场聆听这两个哲学态度迥异的人的讨论,我自己也常常在数学表达结构方面插几句话。在会议中间,尤其是会间休息的时候,我们这些年轻人——大多数是我和泡利——就试着分析爱因斯坦的实验,而在吃午饭的时候讨论又在玻尔和别的来自哥本哈根的人之间进行。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了,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。

  爱因斯坦当然是不服气的,他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。玻尔回忆说,爱因斯坦有一次嘲弄般地问他,难道他真的相信上帝的力量要依靠掷骰子(ob der liebe Gott würfelt)

 上帝不掷骰子!这已不是爱因斯坦第一次说这话了。早在1926年写给波恩的信里,他就说:量子力学令人印象深刻,但是一种内在的声音告诉我它并不是真实的。这个理论产生了许多好的结果,可它并没有使我们更接近老头子的奥秘。我毫无保留地相信,老头子是不掷骰子的。老头子是爱因斯坦对上帝的昵称。  

众人道爱因斯坦的是与非!

然而,1927年这场华山论剑,爱因斯坦终究输了一招。并非剑术不精,实乃内力不足。面对浩浩荡荡的历史潮流,他顽强地逆流而上,结果被冲刷得站立不稳,苦苦支撑。1927年,量子革命的大爆发已经进入第三年,到了一个收官的阶段。当年种下的种子如今开花结果,革命的思潮已经席卷整个物理界,毫无保留地指明了未来的方向。越来越多的人终究领悟到了哥本哈根解释的核心奥义,并诚心皈依,都投在量子门下。爱因斯坦非但没能说服玻尔,反而常常被反驳得说不出话来,而且他这个反动态度引得了许多人扼腕叹息。遥想当年,1905,爱因斯坦横空出世,一年之内六次出手,每一役都打得天摇地动,惊世骇俗,独自创下了一番轰轰烈烈的事业。当时少年意气,睥睨群雄,扬鞭策马,笑傲江湖,这一幅传奇画面在多少人心目中留下了永恒的神往!可是,当年那个最反叛,最革命,最不拘礼法,最蔑视权威的爱因斯坦,如今竟然站在新生量子论的对立面!

波恩哀叹说:我们失去了我们的领袖。

  埃伦费斯特气得对爱因斯坦说:爱因斯坦,我为你感到脸红!你把自己放到了和那些徒劳地想推翻相对论的人一样的位置上了。

 爱因斯坦这一仗输得狼狈,玻尔看上去沉默驽钝,可是重剑无锋,大巧不工,在他一生中几乎没有输过哪一场认真的辩论。哥本哈根派和它对量子论的解释大获全胜,海森堡在写给家里的信中说:我对结果感到非常满意,玻尔和我的观点被广泛接受了,至少没人提得出严格的反驳,即使爱因斯坦和薛定谔也不行。多年后他又总结道:刚开始(持有这种观点的)主要是玻尔,泡利和我,大概也只有我们三个,不过它很快就扩散开去了。

铭记:

    在科学的会议上,没有权势地位的抗衡,只有真理与真知的抗衡,这或许就是为何如今的中国大学改革,强力的要求去行政化路线的缘故吧!在这样一群汇集世界三分之一智慧的索尔维会议上,每个人都许是在他们的国度的权威性人物,但是在对量子论的讨论中,大家在意的不是每个人曾经的贡献,不会屈服于任何权威人士的言论,无论是极具影响力的爱因斯坦还是波尔都不能“一言堂”的掌控会议的讨论,在新事物面前,他们平等的尊重最有实验论据和理论依据的结论,而不是个人的权威。

    对于这些科学家,他们在争辩中愤怒过,为了捍卫自己的观点,他们甚至在言语上甚为粗鲁,他们对彼此的批判甚是不留情面!埃伦费斯特曾气得对爱因斯坦说:爱因斯坦,我为你感到脸红!你把自己放到了和那些徒劳地想推翻相对论的人一样的位置上了。”就是这样直接批评的话语也并不阻碍他们彼此交流的信念,对于真正的科学家,他们只有意见、观点上的相左。而回想到国内许多科学态度,我们不禁感叹,科学家的胸怀能否如此坦荡,职称评定的体系、行政化科学体系的管理,在乎太多的是中国人情,大家在意的是个人的科学成就。或许对于个人的理论成果过分的强调自己的贡献,而不愿与人共享的社会氛围,让我们离伟岸的科学发展越来越远!!

   作为一名理科生,希望科学的会议上只有真知与真理的较量,一言堂的会议不要延续在科学的会议之中,文化的发展需要百家争鸣,而科技的发展需要集百家之智!尊重科学家独有的精神追求、形成科学家独特的文化精神内涵、从大学的教育到企业科技的管理再上升到国家科技战略的探讨每一场会议都能高效、尊重真理、尊重真知的科学进行!国之要者,理财为先,人才为本。让真正具有科学精神的人才汇聚在科学的殿堂里,才能真正的推动中国科技的发展!!

 

(图片介绍: 照片的前排,坐着的都是当时老一辈的科学巨匠,中间那位当然谁都认识,那就是爱因斯坦,他其实应该算一个跨辈份的人物。左起第三位那个白头发老太太就是居里夫人,她是这张照片里唯一的女性。1867年出生的居里夫人(Marie Curie18671934)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。

在爱因斯坦和居里夫人当中那位老者是真正的元老级人物荷兰物理学家亨德瑞克·安图恩·洛仑兹(Hendrik Antoon Lorentz1853—1928,前排左四),电动力学里的洛伦兹力公式,是与麦克斯韦方程组同等重要的基本原理,爱因斯坦狭义相对论里的洛伦兹变换也是他最先提出的。在莱顿大学任教期间他创立了电子论,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。他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。

左起第二位则是量子论的奠基者马克斯·普朗克(MaxPlanck18581947,前排左二),德国物理学家,量子力学之父,他在解释黑体辐射问题时第一次提出了量子的概念。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。

这一排里还有提出原子结合能理论的保罗·朗之万(Paul Langevin1872—1946,前排右四)。他生于巴黎,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。

发明云雾室的威尔逊也在这一排,同样堪称德高望重。

第二排右起第一人是与爱因斯坦齐名的哥本哈根学派领袖尼尔斯·玻尔,玻尔第一个提出量子化的氢原子模型,后来又提出过互补原理和哲学上的对应原理,他与爱因斯坦的世纪大辩论更是为人们津津乐道。

玻尔旁边是德国大物理学家马克斯·玻恩(MaxBorn18821970,中排右二),量子力学的奠基人之一。从1923年开始,他致力于发展量子理论。由于他从具体的碰撞问题的分析出发,提出了波函数的统计诠释波函数的二次方代表粒子出现的概率,于1954年获得了诺贝尔物理学奖。他提出了量子力学的概率解释。

再往左,是法国革命王子德布罗意(LoulsVictorde Broglie18921987,中排右三),物质波理论的创立者。192411月,德布罗意在博士论文中阐述了著名的物质波理论,并指出电子的波动性。这一理论为建立波动力学奠定了坚实基础。由于这一划时代的研究成果,使他获得1929年的诺贝尔物理学奖,同时也使他成为第一个以学位论文获得诺贝尔奖金的学者。

德布罗意左边,是因发现了原子的康普顿效应而著称的美国物理学家康普顿(AHCompton1892—1962,中排右四),他于1922—1923年间研究了X射线经金属或石墨等物质散射后的光谱。在索尔维的峰会上,他倾心于他的实验成果,报告了康普顿实验以及其和经典电磁理论的不一致,而劳伦斯·布喇格则做了关于X射线的实验报告。

再左边,则是英国杰出的理论物理学家保罗·A·M·狄拉克(Paul Adrien Maurice Dirac19021984,中排左五)。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。

这一排里,还有发明粒子回旋加速器的布喇格。出现在照片中的威廉·亨利·布喇格(W.H.Bragg18621942,中排左三)是康普顿的父亲,现代固体物理学的奠基人之一。由于在使用X射线衍射研究晶体原子和分子结构方面所作出的开创性贡献,他与儿子分享了1915年诺贝尔物理学奖。.

第三排右起第三人,就是量子力学的矩阵形式的创立者海森堡(Werner Karl Heisenberg19071976,后排右三),他更是为后人留下了一个神秘诡谲的海森堡之谜,测不准原理也是他提出来的。。二战期间,纳粹德国召集众多科学家研制原子弹,海森堡是其中核心人物,但最后德国并没有造出原子弹,有一说法正是海森堡没有尽全力,但海森堡本人一直拒绝披露其中的真相。

他的左边,是他的大学同学兼挚友泡利。美籍奥地利科学家沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli19001958,后排右四)是迎着20世纪的曙光来到世界的,父亲、教父坚深的物理学背景使其从小在物理学的润细无声中成长。泡利是上世纪主要的理论物理学家之一。不相容原理、核子自旋的假设、中微子的假设,以及粒子自旋和统计之间关系的阐述,都是他对物理学的发展作出的卓越的贡献。泡利是泡利不相容原理和微观粒子自旋理论泡利矩阵的始作俑者。他与海森堡同在索末菲门下学习时,经常不按老师的要求循序渐进,而是自搞一套,老师竟也完全同意并鼓励他们这样做。

右起第六人,就是量子力学的波动形式的创立者薛定谔(Erwin Schrodinger18871961,后排右六),量子力学里薛定谔方程,就像经典力学里的牛顿运动方程一样重要。20世纪20年代,因为量子力学的发展,薛定谔的名字与爱因斯坦、玻尔、玻恩、海森堡等捆在了一起,而那只半死半活的薛定谔的猫更是科学史上著名的怪异形象之一。1933年,薛定谔因建立描述电子和其他亚原子粒子的运动的波动方程,获得诺贝尔物理奖。在爱因斯坦和玻尔的论战中,他是支持爱因斯坦最有力的科学家。

以上这些人物,是二十世纪物理科学的最杰出代表,他们在量子论和相对论两个方向上所做的贡献,不仅彻底改变了人们的物质生活,而且改变了人类的思维方式和时空观念。在知识界可以这样说,不懂得这些思想的人,基本上可以视为落后于这个时代。 

                                                                                             编辑整理:杨洪于    2013年   3月12日   宿舍423

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