从1927年开始，量子力学的物理诠释及其引发的哲学命题，引起了史无前例的科学论战，这场科学界的“世界大战”持续80 年波及数代，至今仍无平息迹象。而20世纪两位科学巨人——爱因斯坦和玻尔之间的相爱相杀，更是人类科学史上最痛苦又美妙的传奇。
爱因斯坦天生是一个孤胆英雄，遥想1905年，作为一个躲在档案馆偷偷推导数学难题的小管理员，一年之内5次出剑，每一剑都刺得天晕地暗，以一己之力创立相对论，颠覆牛顿统治了200多年的经典物理学，让整个物理学界重归黑暗。而玻尔的套路不一样，他以个人学识、人格魅力成为年轻一代物理学家心仪的“社团大哥”，他创建的哥本哈根学派成为青年天才们向往的圣地，虽然单打独斗可能不是爱氏对手，但他带领社团小兄弟们三次成功围剿爱因斯坦，让量子理论和相对论一样成为20世纪最伟大的学科，在实用性层面犹有过之。从爱因斯坦和玻尔多张亲密合影来看，两人关系非同寻常，在情人节里，讲一讲这位孤胆英雄与社团大哥的相爱相杀故事。
01
量子理论的诞生，相杀前夜
1900年德国的老绅士普朗克研究黑体辐射时发现，他弄出来的方程怎么都跟实验对不上，但如果假设辐射出的能量是非连续的，那么方程和实验符合。作为一个谨守传统的体面神士，普朗克从来就没有想过要颠覆传统，可另一方面弄出来的方程又那么完美，老绅士踌躇良久，最终还是放纵了自己一把，向全世界公布了能量子概念，这个理念给物理学界带来思想飞跃，虽然普朗克本人一直对“量子”这逆子不待见，世界如果不连续，那物理还怎么搞，基于一个绅士的良心，他最终选择了大义灭亲，站在量子理论的对立面爱因斯坦一边，直到面见上帝……
过了5年，也就是1905年，年轻气盛的屌丝爱因斯坦根本就不在乎体面这回事，把普朗克“能量子”概念向前推进了一步，他认为辐射能量本来就是一份一份的，非独振子所致，每一份都有一个物质承担者——光量子，从而成功地解释了光电效应，爱因斯坦也因为这个拿到了诺贝尔奖（因为“相对论”诺奖委员会看不懂，怕给错了奖）。到了1913年，年仅29岁的丹麦人玻尔，量子理论的带头大哥，根据普朗克量子论、爱因斯坦光子学说以及卢瑟福原子行星式结构模型，轻松搞定氢原子光谱线位置所满足的公式，从而掀起了研究量子论的热潮，玻尔这位社团大哥，从一开始涉足量子理论，就与爱因斯坦结下不解之缘，也是从这个时候开始，量子理论雏形初定，而玻尔和爱因斯坦的相爱相杀，也逐渐拉开序幕。
02
组建社团，哥本哈根学派成立
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战斗。他是丹麦足球国家队的守门员，明白团队建设的重要性，第一次世界大战刚打完，玻尔就从他的老同学那里（好像是搞房地产的）忽悠到一大笔科研经费，利用自己在学术界的地位，成立了后人称之为“哥本哈根学派”的社团组织。这一招显示出这位社团大哥的远见卓识，相对论为了让人明白不知道耗费了爱因斯坦多少精力，比相对论还玄乎的量子力学如果没有团队推广，没有好的根据地，只怕很快就会被消灭在萌芽之中，最可怕的是还有爱因斯坦这样强大的“反对派”。
因为玻尔这位带头大哥的魅力，社团很快就吸引了不少天才少年，到哥本哈根去，向玻尔教授学习，整个欧洲物理学界的年经人涌向哥本哈根，有点进步青年“到延安去，到延安去”的架势，社团基地“哥本哈根大学理论物理研究所”迅速聚集大批青年精英，包括海森堡，泡利，狄拉克等，这帮二十来岁的年轻人可都是时代的顶儿尖儿人物，任何一个人上去打，都能与爱因斯坦交战几个回合。除此之外，玻恩、约尔丹、罗森菲耳德以及前苏联福克和朗道等人，这些诺奖获得者都出自玻尔门下，还有一大批“哥本哈根学派”的潜在社员，包括德拜、考斯特等人，也没有一个好惹的。
社团的力量真不是盖的，海森堡和玻恩很快就搞出了矩阵力学，让很多人为之惊叹，但另一个天才高手薛定谔（非社团成员，他养的那只猫特别有名，有名的情场高手）也搞出个波函数，一时之间吵得不可开交，同样来自社团的大牛狄拉克拉架说，其实你们两种理论数学上是等效的，他拿出了一个狄拉克方程（后来成为量子力学基本方程），两派相视一笑握手言和，但认为被拉偏架的薛定谔后来就一直跟着爱因斯坦混混，也不再去找情人，处处找机会与量子学派作对。
其实玻尔也拉过爱因斯坦入社团，并希望他成为社团带头大哥，但爱因斯坦的态度暖昧，以至于社团二当家波恩感叹：当年那个最反叛，最革命，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！我们失去了我们的领袖。社团与爱因斯坦这位独行侠的对决，最终还是免不了的。
03
第一次相爱相杀，布鲁塞尔的巅峰决战
1927年10月在美丽的比利时首都布鲁塞尔，虽然这两大高手尽量避免发生正面冲撞，但爱因斯坦与玻尔的对决，仍然是不可更改的宿命。第五届索尔维会议，史上智商最高的一次“华山论剑”出现了，包括爱因斯坦、玻尔、薛定谔、玻恩、德布罗意、海森堡、洛伦兹、普朗克、朗之万，狄拉克、康普顿等在内世界最著名的科学家出席了此次会议。科学家分为三大阵营。以玻尔为中心的哥本哈根学派，被称为反叛的一群，包括玻恩、海森堡、泡利等在内。另一派是由爱因斯坦为首的在野党，包括薛定谔、德布罗意、普朗克等。还有一个中立实验派，他们只关心实验的结果，包括布喇格和康普顿。
当社团大哥玻尔刚刚谈完互补原理对量子力学的诠释后，社团的二当家玻恩点名要爱因斯坦发表看法，一直装深沉的爱因斯坦也不再客气，直指量子理论并不完备，以爱因斯坦的声望地位，他的发言立即掀起了层层波浪，德高望重的洛伦兹拍桌子都无济于事。玻尔与爱因斯坦两人交锋火药味十足，在最开始时，玻尔极力想依靠个人情感把爱因斯坦争取过来，并发布了一连串爱情排比句：难道不正是你第一个自觉突破了经典物理学框架，提出了相对论和光量子理论？难道不正是你在1905 年第一次提出了光波粒二象性？难道不正是你把几率概念引进了对辐射问题的解释之中？难道不正是你在现代物理学中奠定了这样基础的人不应当在这种基础上接受更新的量子力学观点，把理论更向前推进一步吗？
但爱因斯坦这个科学信徒根本不听这一套声情并茂的爱情表白，他对测不准关系和量子力学的几率解释极为不满，并设计了电子的单双缝衍射两个实验来刁难玻尔，结果以爱因斯坦的失败告终。在第一次正面的相爱相杀中，玻尔成功地守住了自己的阵地，但爱因斯坦并没有服输，他在1928年5月31日致薛定谔的信中说：“玻尔、海森堡的绥靖哲学——或绥靖宗教——是如此精心策划的，使它得以向那些信徒暂时提供了一个舒适的软枕。那种人不是那么容易从这个软枕上惊醒的，那就让他们躺着吧。”
04
第二次相爱相杀，用广义相对论阻击狭义相对论
虽然第一次表白被爱因斯坦当面拒绝，但玻尔并不死心，1929 年，他在《自然科学》上发表题为“作用量子和自然的描述”文章，从三个不同方面，把他的方法与爱因斯坦的相对论作了比较，认为自己与爱因斯坦三观相近，意思就是两人应该在一起，在微观现象中，如同在高速情况下必须考虑观察的相对性一样，不能忽略测量结果的互补性。有人在这篇文章发表后去访问爱国斯坦，并向他指出，海森堡和玻尔所用的方法就是爱因斯坦1905年发明的。爱因斯坦不无刻薄的回答：一个好的笑话是不宜重复太多的。但是玻尔文章启发了爱因斯坦，使他想到，为什么不拿出自己的看家本领，用相对论来阻击量子论呢？
1930 年秋天，第六届索尔威会议开幕，爱因斯坦经过三年深思熟虑，显得胸有成竹，一开始便先发制人。他提出了著名的“爱因斯坦光盒”思想实验（从爱因斯坦光盒放出一个光子，打开时间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），用相对论的方法，来实现对单个电子同时进行时间和能量的准确测量。玻尔刚一听到这个实验时，面色苍白，呆若木鸡，当天夜里召集所有社区兄弟，一夜没合眼，奋战一个通宵才找出反驳爱因斯坦的办法，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/2πΔq，玻尔依靠社团兄弟用一个晚上的时间瓦解了爱因斯坦厉兵秣马三年的物理实验，的确厉害，这次爱因斯坦非常坦白承认玻尔的论证和计算无可指责，在口头上承认了哥本哈根观点的自洽性。
在这次和爱因斯坦的相杀之中，玻尔以其人之道反治其人之身，巧妙地利用爱因斯坦设计的思想实验和他创立的相对论，用广义相对论阻杀了狭义相对论，不愧是一击必杀的社团大哥。
05
第三次相爱相杀，EPR引发的永恒纠缠
爱因斯坦并不因为自己的连续失败改变看法。而且失败后的心态极好，他开玩笑地对玻尔等人说：难道你们真的相信上帝会掷骰子？玻尔也客气地回敬道：当你用常识言语来描述神的旨意，难道不认为应当小心一点吗？
不过说实话，量子理论哥本哈根解释实在是别扭，从没见过哪个伟大理论这么拧巴，任何一个处女座的科学家都看不下去，看着爱因斯坦屡屡受挫，同样作为独行侠的薛定谔也看不下去了，把自家那只最有名的猫牵出来折腾哥本哈根学派，然而当过守门员的玻尔最擅长防守，他的回答很干脆，是啊，就是这样?你家的那只猫半死不活，呛得薛定谔差点一口气没上来就此故去。
爱因斯坦看到唯一的小兄弟被欺负，心里实在窝火，1935年，他拉上波道尔斯基和罗森联名发表了EPR 文章，把攻击的矛头从量子理论内部逻辑自洽性，转到了量子理论完备性上来。试图用这实验证明，不仅量子力学的正统实验大逆不道，而且是变态侮辱人智商的。这个实验基本思想是：考虑一个由两个粒子A和B(称为EPR对)组成的复合系统，初始时它们的总自旋为零，随后两个粒子沿相反方向传输，在空间上分开。若单独测量A(或B)的自旋，则自旋向上(或向下)的可能概率为1/2，但若已测得粒子A自旋向上(或向下)，那么粒子B不管测量与否，必然会处在自旋向下(或向上)的本征态上。爱因斯坦等人认为：如果两个粒子分开足够远，对第一个粒子的测量就不会影响第二个粒子。
EPR佯谬正是基于这种定域论的观点提出的。这个实验的背后有因果性，决定论，信号传播超光速，定域非定域等方面的争论。这就是爱因斯坦针对玻尔的第三次相爱相杀，如果两个粒子相隔亿万之遥，你对一个粒子吹口仙气，另外那个粒子也会马上做出反应？可能吗？
可能，这就是玻尔的回答，量子纠缠后的两个粒子就是有鬼魅般的超光速联系，然后事实证明玻尔仍然是对的。
06
巨匠的相爱相杀，成就的是量子理论
爱因斯坦天生有个人英雄主义的色彩，他曾经自述，广义相对论他如果不搞，50年内都不会有别的物理学家能搞出来。但爱因斯坦仍然具有非凡理性，他并不认为自己代表真相，他只是想要玻尔给出一个完备解释，因果关系不能抛弃！信念变成一种信仰，他终生为经典理论而战，这不知算是现代科学的悲剧还是量子理论的幸运。因为爱因斯坦一次次的伟大质疑，量子理论才能一次次的攀向更高峰，而且一次又一次为量子理论提供养料。爱因斯坦和玻尔在哲学基础上的不同，使得两人间的意见分歧直到最后也没能调和。一直到死，玻尔也未能使爱因斯坦信服，量子论的解释是完备的。而玻尔本人也一直在同爱因斯坦思想作斗争，在他1962年去世后的第二天，人们在他的黑板上仍然发现画有爱因斯坦光箱实验图，可见他多么在意爱因斯坦的意见，两位科学巨人都为量子理论纠缠半生。
但现在的科学家已经不管这些了，在量子理论指导下，科学显得如此朝气蓬勃，它的各个分支以火箭般速度发展，给人类社会带来了伟大技术革命。从半导体到核能，从激光到电子显微镜，从集成电路到分子生物学，量子论把它的光辉播撒到社会的每一个角落，成为有史以来在实用中最成功的物理理论。
发表于 2017-2-13 22:21
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