中醫(yī)學(xué)子:科學(xué)史上世紀(jì)辯論玻爾巧斗愛因斯坦

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從 20 年代后期開始，量子力學(xué)的物理詮釋以及相與俱來(lái)的科學(xué)哲學(xué)問題，引起了一場(chǎng)史無(wú)前例的學(xué)術(shù)大論戰(zhàn)。這場(chǎng)思想上的“世界大戰(zhàn)”，已經(jīng) 持續(xù)了 70 年，至今仍毫無(wú)平息的跡象。這場(chǎng)深刻的科學(xué)和哲學(xué)問題爭(zhēng)論，是科學(xué)發(fā)展史上的重大事件，而本世紀(jì)兩位最偉大的科學(xué)巨人——愛因斯坦和玻爾之間的激烈交鋒，則是其中最主要的和最有代表性的部分。

　　1927 年 10 月在布魯塞爾召開了第五屆索爾威會(huì)議。會(huì)議的議題是“電子與光子”，企圖解決“經(jīng)典理論與量子理論之間的矛盾”。包括愛因斯坦、玻爾、薛定諤、玻恩、德布羅意、海森堡、洛倫茲、康普頓等在內(nèi)的世界最著名的科學(xué)家出席了這次會(huì)議。

　　在會(huì)上，玻爾首先作了發(fā)言，闡述互補(bǔ)原理和對(duì)量子力學(xué)的詮釋。由于愛因斯坦一直對(duì)量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)解釋感到不滿，他曾在半年多以前（1926 年12 月 4 日)寫信給玻恩道：“量子力學(xué)固然是堂皇的。可是有一種內(nèi)在的聲音告訴我，它還不是那真實(shí)的東西。這理論說(shuō)得很多，但是一點(diǎn)也沒有真正使我們更接近這個(gè)‘惡魔’的秘密。我無(wú)論如何深信上帝不是在擲骰子。” 所以人們都急切地期待著愛因斯坦對(duì)玻爾觀點(diǎn)的反應(yīng)。本世紀(jì)兩位最偉大的科學(xué)巨人之間一場(chǎng)達(dá)幾十年之久的爭(zhēng)論即將拉開序幕。

第五屆索爾威會(huì)議開得異常熱烈，在德布羅意、薛定諤發(fā)言后，玻恩和海森堡認(rèn)為量子力學(xué)是一個(gè)完備的論；它的基本的物理和數(shù)學(xué)假設(shè)是不容許加以進(jìn)一步修改的。這無(wú)疑是對(duì)不同的觀點(diǎn)提出挑戰(zhàn)。后來(lái)，會(huì)議主席洛倫茲要求玻爾發(fā)言，談?wù)勊目捶ā２　栔貜?fù)了互補(bǔ)原理和對(duì)量子力學(xué)的詮釋。會(huì)議開始討論玻爾的觀點(diǎn)。由于愛因斯坦仍保持沉默，玻恩急切想聽到愛因斯坦的意見，就站了起來(lái)，點(diǎn)名請(qǐng)愛因斯坦發(fā)表看法。直到這時(shí)，愛因斯坦才起來(lái)發(fā)言，表示贊同量子力學(xué)的系統(tǒng)幾率解釋，而下贊成把量子力學(xué) 看成是單個(gè)過(guò)程的完備理論的觀點(diǎn)。在當(dāng)時(shí)的與會(huì)者大多數(shù)都贊成量子力學(xué) 的幾率解釋的情況下，愛因斯坦的發(fā)言無(wú)異是向水中拋下了一塊巨石，立即掀起了層層波浪。整個(gè)會(huì)場(chǎng)沸騰了，十多位科學(xué)家一邊用好幾種語(yǔ)言叫嚷著要求發(fā)言，一邊迫不及待地和周圍的科學(xué)家交換意見。會(huì)場(chǎng)一片嘈雜，盡管會(huì)議主席洛倫茲用手拍著桌子叫大家安靜下來(lái)，但無(wú)濟(jì)于事。于是埃倫菲斯特跑到講臺(tái)前，在黑板上寫下了圣經(jīng)上的一句名言：“上帝真的使人們的語(yǔ) 言混雜起來(lái)了！”這句話指的是混雜的語(yǔ)言妨礙了建筑巴比倫塔的典故。正在混戰(zhàn)的物理學(xué)家們望了望黑板，突然意識(shí)到了這個(gè)典故是指他們時(shí)，不禁哄堂大笑。洛倫茲于是宣布，會(huì)議從晚間起改成小組討論。

　　無(wú)論是玻爾還是愛因斯坦，在會(huì)前就預(yù)感到他們之間必然會(huì)發(fā)生一場(chǎng)爭(zhēng) 論。雙方都作了充分的準(zhǔn)備。在會(huì)上，雖然兩人都非常尊重自己的對(duì)手，盡量采用一些客氣的語(yǔ)句和彬彬有禮的態(tài)度，但是，兩人一正面交鋒，就火藥味十足，充分暴露出問題的尖銳性。

　　在討論中，玻爾極力想把愛因斯坦?fàn)幦∵^(guò)來(lái)。他盡量提醒愛因斯坦：難道不正是你第一個(gè)自覺地突破了經(jīng)典物理學(xué)的框架，提出了相對(duì)論和光量子理論嗎？難道不正是你在 1905 年第一次提出了光的波粒二象性思想嗎？難道不正是你把幾率概念引進(jìn)了對(duì)輻射問題的解釋之中嗎？難道不正是你??？最后，難道在現(xiàn)代物理學(xué)中奠定了這樣基礎(chǔ)的人不應(yīng)當(dāng)在這種基礎(chǔ) 上接受更新的量子力學(xué)觀點(diǎn)，把理論更向前推進(jìn)一步嗎？
　　
　　但是愛因斯坦根本不聽這一套，他堅(jiān)信“有一個(gè)離開知覺主體而獨(dú)立的外在世界，是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ)�！币虼�，他對(duì)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系和量子力學(xué)的幾率解釋極為不滿，認(rèn)為這是由于量子力學(xué)主要的描述方式不完備所造成的，從而限制了我們對(duì)客觀世界的完備認(rèn)識(shí)，因此只能得出不確定的結(jié)果。他采取的策略是試用一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)來(lái)駁倒測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，從而揭示出量子力學(xué) 統(tǒng)計(jì)解釋內(nèi)在邏輯上的矛盾。因?yàn)樗阑パa(bǔ)原理的哲學(xué)味太濃，一下難以否定，但與它等價(jià)的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系是一數(shù)學(xué)表達(dá)式，既然海森堡是用思想實(shí)驗(yàn) 來(lái)說(shuō)明這個(gè)關(guān)系式的，何不也用一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)來(lái)反駁呢？

　　首先，他設(shè)計(jì)了一個(gè)讓電子通過(guò)單狹縫衍射的實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)有可能提供一個(gè)精確的時(shí)空標(biāo)示，同時(shí)又能提供對(duì)此過(guò)程中能量和動(dòng)量交換平衡的詳細(xì)說(shuō)明。但是，玻爾很快指出，他不能避免在測(cè)量時(shí)儀器對(duì)電子不可控制的相互作用，即電子與狹縫邊緣的相互作用，并認(rèn)為必須考慮儀器自身的不確定性，這對(duì)于分析思想實(shí)驗(yàn)問題是十分重要的。后來(lái)，玻爾和羅森菲爾德把這一方法應(yīng)用到分析場(chǎng)的可測(cè)性問題，從而確定了量子場(chǎng)論的無(wú)矛盾條件。

　　愛因斯坦看單狹縫不能難倒玻爾，第二天又想出了一個(gè)類似當(dāng)年托馬斯·揚(yáng)所做的雙狹縫干涉實(shí)驗(yàn)。玻爾面對(duì)愛因斯坦的難題，毫不退縮，經(jīng)過(guò) 仔細(xì)思考，就勢(shì)畫了一個(gè)可操作的思想實(shí)驗(yàn)示意圖，通過(guò)計(jì)算表明，愛因斯坦用來(lái)反駁互補(bǔ)原理的思想實(shí)驗(yàn)反而變成了用互補(bǔ)原理說(shuō)明波粒二象性的標(biāo)準(zhǔn)范例。

據(jù)海森堡后來(lái)回憶，這樣的討論往往從早上開始，愛因斯坦在吃早飯時(shí)告訴玻爾等人他夜里想出來(lái)的新思想實(shí)驗(yàn)。并根據(jù)他的解釋來(lái)否定測(cè)不準(zhǔn)關(guān) 系。玻爾等人就立即開始分析，在前往會(huì)議室的路上，就對(duì)這個(gè)問題作出了初步的說(shuō)明，到會(huì)上再詳細(xì)討論。結(jié)果總是在吃晚飯的時(shí)候，玻爾就能給愛因斯坦證明，他的實(shí)驗(yàn)是駁不倒測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的。愛因斯坦很不安，第二天又提出一個(gè)新的思想實(shí)驗(yàn)，比前一個(gè)更復(fù)雜。當(dāng)然，結(jié)果還是以愛因斯坦的失敗告終，如此數(shù)日。這樣，甚至使得過(guò)去一些對(duì)哥本哈根解釋持懷疑態(tài)度的科學(xué)家，比如德布羅意也改變了自己的觀點(diǎn)，轉(zhuǎn)到玻爾的立場(chǎng)上來(lái)了。

玻爾認(rèn)為他已經(jīng)成功地證實(shí)了自己的觀點(diǎn)，但愛因斯坦并不因?yàn)樽约航佣B三的失敗而改變看法。因?yàn)閹茁矢拍钇鹪从谌藗儗?duì)賭博擲骰子的研究，所以他開玩笑地對(duì)玻爾等人說(shuō)：難道你們真的相信上帝也會(huì)擲骰子來(lái)行使他的權(quán)利嗎？玻爾也客氣地回敬道：當(dāng)你用普遍的言語(yǔ)來(lái)描述神的旨意時(shí)，你難道不認(rèn)為應(yīng)當(dāng)小心一點(diǎn)嗎？這句話暗示了根據(jù)傳統(tǒng)的哲學(xué)觀點(diǎn)和日常的習(xí) 慣語(yǔ)言是無(wú)法確切描述量子現(xiàn)象的。

　　盡管如此，玻爾還是十分尊重愛因斯坦的這些挑戰(zhàn)。他認(rèn)為，“愛因斯坦的關(guān)懷和批評(píng)是很有價(jià)值的，促使我們大家再度檢驗(yàn)和描述原子現(xiàn)象有關(guān) 的各種理論。對(duì)于我來(lái)說(shuō)，這是一種很受歡迎的刺激，迫使我進(jìn)一步澄清測(cè) 量?jī)x器所起的作用�！痹跁�(huì)議期間，玻爾等人后來(lái)差不多花了整整一夜時(shí)間，試圖自己設(shè)想出一種能充分駁倒測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的思想實(shí)驗(yàn)。玻爾個(gè)人就設(shè)想了二三種這樣的實(shí)驗(yàn)。但無(wú)論設(shè)想出什么實(shí)驗(yàn)裝置；只要一進(jìn)行深入分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它最終依然要服從測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系。

　　第五屆索爾威會(huì)議結(jié)束了。在本世紀(jì)兩位科學(xué)巨人論戰(zhàn)的第一個(gè)回合中，玻爾成功地守住了自己的陣地，但愛因斯坦并沒有服輸，他在 1928 年 5月 31 日致薛定諤的信中說(shuō)：“玻爾、海森堡的綏靖哲學(xué)——或綏靖宗教——是如此精心策劃的，使它得以向那些信徒暫時(shí)提供了一個(gè)舒適的軟枕。那種人不是那么容易從這個(gè)軟枕上驚醒的，那就讓他們躺著吧�！�

　　1929 年，在《自然科學(xué)》周刊獻(xiàn)給普朗克的專號(hào)上，玻爾寫了一篇題為 “作用量子和自然的描述”的文章，從三個(gè)不同的方面，把他的方法與愛因斯坦的相對(duì)論作了比較，希望以此來(lái)改變愛因斯坦的觀點(diǎn)。他認(rèn)為普朗克發(fā) 現(xiàn)作用量子，使我們面臨著一種與發(fā)現(xiàn)光速的有限性的一樣的形勢(shì)。正如在宏觀力學(xué)中，由于速度小，使我們能把時(shí)間概念和空間概念截然分開一樣，普朗克作用量子很小這一事實(shí)，也使我們?cè)谕ǔ５暮暧^現(xiàn)象中，能對(duì)時(shí)空和因果關(guān)系同時(shí)作出描述。但在微觀現(xiàn)象中，如同在高速情況下必須考慮觀察的相對(duì)性一樣，也不能忽略測(cè)量結(jié)果的互補(bǔ)性。測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的限制保證了量子力學(xué)邏輯無(wú)矛盾性，也如同信號(hào)不能超越光速傳遞來(lái)保證相對(duì)論的邏輯無(wú) 矛盾性一樣。他像海森堡一樣認(rèn)為，由于愛因斯坦否定牛頓的絕對(duì)時(shí)間是因為沒有任何關(guān)于絕對(duì)同時(shí)性的實(shí)驗(yàn)操作，所以，量子力學(xué)的共軛變量之間的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系，也基于在任意的精確度上不可能對(duì)這些變量進(jìn)行同時(shí)的測(cè)量。有人在這篇文章發(fā)表后去訪問愛國(guó)斯坦，并向他指出，海森堡和玻爾所用的方法就是愛因斯坦 1905 年發(fā)明的。這時(shí)，愛因斯坦風(fēng)趣地回答道：一個(gè) 好的笑話是不宜重復(fù)太多的。但是玻爾的文章啟發(fā)了愛因斯坦，使他想到，為什么不拿出自己的看家本領(lǐng)，用相對(duì)論來(lái)反駁玻爾呢？于是他作了充分的
準(zhǔn)備。

　　1930 年秋天，第六屆索爾威會(huì)議開幕了。會(huì)議由郎之萬(wàn)任主席。這次會(huì) 議的主題是“物質(zhì)的磁性”。但是從物理學(xué)史和人類思想史的觀點(diǎn)來(lái)看，關(guān) 于量于力學(xué)基礎(chǔ)問題的討論顯然在這次會(huì)議上形成了“喧賓奪主”之勢(shì)。各國(guó)的科學(xué)家懷著激動(dòng)的心情，期待著兩位巨人之間新一輪論戰(zhàn)。

這次，愛因斯坦經(jīng)過(guò)三年的深思熟慮，秣馬厲兵，顯得胸有成竹，一開始便先發(fā)制人。他提出了著名的“光子箱”（又稱“愛因斯坦光盒”)思想實(shí)驗(yàn)。他提出用相對(duì)論的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)電子同時(shí)進(jìn)行時(shí)間和能量的準(zhǔn) 確測(cè)量。如果這個(gè)方法可行，那么，即可宣告測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系破產(chǎn)，玻爾的工作和量子論的詮釋將被推翻。
愛因斯坦沉著地在黑板上畫了一個(gè)“光子箱”思想實(shí)驗(yàn)的草圖，在一小盒子——光子箱中裝有一定數(shù)量的放射性物質(zhì)，下面放一只鐘作為計(jì)時(shí)控制器，它能在某一時(shí)刻將盒子右上方的小洞打開，放出一個(gè)粒子（光子或電子)，這樣光子或電子跑出來(lái)的時(shí)間就能從計(jì)時(shí)鐘上準(zhǔn)確獲知。少了一個(gè)粒子，小盒的重量差則可由小盒左方的計(jì)量尺和下面的砝碼準(zhǔn)確地反映出來(lái)，根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能公式 E＝mc2，重量（質(zhì)量)的減少可以折合成能量的減少。因此，放出一個(gè)粒子準(zhǔn)確的時(shí)間和能量都能準(zhǔn)確測(cè)得。這與海森堡的不確定性原理完全相左，準(zhǔn)確性和因果性再次獲得了完整的表達(dá)。愛因斯坦最后還著重表示，這一次實(shí)驗(yàn)根本不涉及觀測(cè)儀器的問題，沒有什么外來(lái)光線的碰撞可以改變粒子的運(yùn)動(dòng)。一輪新的論戰(zhàn)就這樣開始了。
　　
這一回，玻爾遇到了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。他剛一聽到這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，面色蒼白，呆若木雞，感到十分震驚，不能馬上找出這個(gè)問題的答案。當(dāng)時(shí)他著實(shí)慌了手腳，在會(huì)場(chǎng)上一邊從一個(gè)人走向另一個(gè)人，一邊喃喃地說(shuō)，如果愛因斯坦正確，那么物理學(xué)就完了。據(jù)羅森菲爾德回憶，當(dāng)這兩個(gè)對(duì)手離開會(huì)場(chǎng)時(shí)，愛因斯坦那天顯得格外莊嚴(yán)高大，而玻爾則緊靠在他的旁邊快步走著，非常激動(dòng)，并徒勞地試圖說(shuō)明愛因斯坦的實(shí)驗(yàn)裝置是不可能的。
　　
　　當(dāng)天夜里，玻爾和他的同事們一夜沒合眼。玻爾堅(jiān)信愛因斯坦是錯(cuò)的，但關(guān)鍵是要找出愛因斯坦的破綻所在。他們檢查了愛因斯坦實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)細(xì) 節(jié)，奮戰(zhàn)了一個(gè)通宵，終于找出了反駁愛因斯坦的辦法。
　　
第二天上午，會(huì)議繼續(xù)進(jìn)行，玻爾喜氣洋洋地走向黑板，也畫了一幅“光子箱”思想實(shí)驗(yàn)的草圖、與愛因斯坦不同的是，玻爾具體給出了稱量小盒子重量的方法。他把小盒用彈簧吊起來(lái)，在小盒的一側(cè)，他畫了一根指針，指針可以沿固定在支架上的標(biāo)尺上下移動(dòng)。這樣，就可以方便地讀出小盒在粒子跑出前后的重量了。然后，玻爾請(qǐng)大家回憶愛因斯坦創(chuàng)立的廣義相對(duì)論。從廣義相對(duì)論的等效原理可以推出，時(shí)鐘在引力場(chǎng)中發(fā)生位移時(shí)，它的快慢要發(fā)生變化。因此，當(dāng)粒子跑出盒子而導(dǎo)致盒子重量發(fā)生變化時(shí)，盒子將在重力場(chǎng)中移動(dòng)一段距離，這樣所讀出的時(shí)間也會(huì)有所改變。這種時(shí)間的改變，又會(huì)導(dǎo)出測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系�？梢�，如果用這套裝置來(lái)精確測(cè)定粒子的能量，就不能準(zhǔn)確控制粒子跑出的時(shí)間。玻爾隨之給出了運(yùn)用廠義相對(duì)論原理的數(shù)學(xué)證明。
　　
這下，愛因斯坦不得不又一次承認(rèn)，玻爾的論證和計(jì)算都是無(wú)可指責(zé)的。他自己居然在設(shè)計(jì)這個(gè)理想實(shí)驗(yàn)時(shí)，只考慮了狹義相對(duì)論而沒有考慮廣義相對(duì)論，出了一個(gè)大疏忽，實(shí)在太遺憾了。他意識(shí)到在量子力學(xué)的形式體系范圍內(nèi)是駁不倒測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的，在口頭上承認(rèn)了哥本哈根觀點(diǎn)的自洽性。這時(shí)，與愛因斯坦和玻爾都是好朋友的埃倫菲斯特，以開玩笑的口氣對(duì)愛因斯坦說(shuō)，你不要再試圖制造“永動(dòng)機(jī)”了。愛因斯坦表示欣然接受。

玻爾的勝利贏得了越來(lái)越多物理學(xué)家對(duì)他觀點(diǎn)的贊同。量子力學(xué)的哥本哈根解釋己被絕大多數(shù)物理學(xué)家奉為正統(tǒng)解釋。但玻爾并沒有滿足在會(huì)議上所取得的勝利，他回去后又仔細(xì)研究了“愛因斯坦光盒”的每一個(gè)細(xì)節(jié)，并且讓他的學(xué)生、物理學(xué)家伽莫夫制作了一個(gè)實(shí)體模型。至今這個(gè)模型仍保存在哥本哈根的玻爾理論物理研究所中。

在愛因斯坦和玻爾論戰(zhàn)的兩個(gè)回合中，玻爾以其人之道反治其人之身，巧妙地利用愛因斯坦設(shè)計(jì)的思想實(shí)驗(yàn)和他創(chuàng)立的相對(duì)論，駁倒了愛因斯坦本人，取得了論戰(zhàn)的勝利。雖然愛因斯坦在具體物理問題上失敗了，但他對(duì)物理世界的基本觀點(diǎn)絲毫未變，仍堅(jiān)持“上帝不會(huì)擲骰子”，在量子力學(xué)的詮釋背后一定有著更根本的規(guī)律，它們才能正確、全面解釋量子現(xiàn)象。

1935 年，愛因斯坦、波道爾斯基和羅森三人聯(lián)名發(fā)表了 EPR 文章，把攻擊的矛頭從量子理論內(nèi)部邏輯自洽性，轉(zhuǎn)到了量子理論的完備性上來(lái)。玻爾對(duì)此著文予以答辯。雙方爭(zhēng)辯的中心是對(duì)“物理實(shí)在”的理解，實(shí)際上是對(duì) 微觀世界特殊規(guī)律的認(rèn)識(shí)問題。這表明兩位科學(xué)巨人已把論戰(zhàn)提到了一個(gè)新的高度，其意義也更加廣泛和深遠(yuǎn)。

　　在愛因斯坦和玻爾分別于 1955 年和 1962 年逝世后，作為他們個(gè)人之間的學(xué)術(shù)爭(zhēng)論，當(dāng)然結(jié)束了。但是這場(chǎng)涉及物理學(xué)及科學(xué)哲學(xué)的大論戰(zhàn)，目前仍在繼續(xù)，它的不斷深入，甚至可能會(huì)釀成一場(chǎng)震撼現(xiàn)代物理學(xué)兩大支柱——相對(duì)論和量子力學(xué)的巨大風(fēng)暴。
－－－－－－－－－－－大師級(jí)針鋒相對(duì)的爭(zhēng)論，是人類探索真理的絕佳途徑

目前的學(xué)術(shù)界缺少這樣的爭(zhēng)論
中醫(yī)界更是缺少這樣的爭(zhēng)論
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