這就是事實(shí)你可以調(diào)一個(gè)方面論述 人要在壓力 強(qiáng)大的敵人 面前才全力以赴這就是人類發(fā)展
：
在20世紀(jì)物理學(xué)的發(fā)展中,愛因斯坦和玻爾是兩位最偉大的科學(xué)巨匠,他們都創(chuàng)造了現(xiàn)代物理學(xué)的輝煌,然而他們對(duì)現(xiàn)代物理學(xué)的基本問(wèn)題卻有著自己獨(dú)特而深刻的見解,由此引起了長(zhǎng)期的爭(zhēng)論,成為兩個(gè)最偉大的心靈之間的沖突.
兩位科學(xué)巨匠爭(zhēng)論的問(wèn)題,主要不在于量子理論本身的內(nèi)容與形式,而在于量子理論的解釋方面,即關(guān)于作為量子理論基本特征的不連續(xù)性與統(tǒng)計(jì)性的說(shuō)明方面.因此,爭(zhēng)論主要發(fā)生在1927年哥本哈根學(xué)派系統(tǒng)地提出量子力學(xué)解釋以后,但隨著量子理論的不斷成熟,兩位科學(xué)巨匠思想上的差別也不斷明顯.下面我們將按照爭(zhēng)論的不同階段和特點(diǎn),講一講有關(guān)的故事.
第一階段（1927年以前）.量子力學(xué)逐步建立,量子力學(xué)的哥本哈根解釋還沒(méi)有提出,但對(duì)于量子理論中出現(xiàn)的、引人注目的不連續(xù)性與因果性問(wèn)題,即涉及到是堅(jiān)持還是放棄經(jīng)典物理學(xué)的信條,愛因斯坦與玻爾的態(tài)度卻有很大的不同,因而開始個(gè)別地、直接或間接地進(jìn)行了爭(zhēng)論.
愛因斯坦雖然提出了光的波粒二象性,但從根本上他不準(zhǔn)備放棄連續(xù)性和嚴(yán)格因果性,因?yàn)檫@些正是相對(duì)論的基本特征.他還堅(jiān)持相信對(duì)于原子過(guò)程能夠給出連續(xù)的機(jī)制和直接的原因,而這種原因一旦被得到、被重復(fù),現(xiàn)象即會(huì)無(wú)一例外地以決定論方式精確地出現(xiàn).
而玻爾則認(rèn)為,這一理想并不總被滿足,由于觀察操作引起的擾動(dòng)不能任意小,我們只能談?wù)撘环N“單元事件體”.例如電子從激發(fā)態(tài)到基態(tài)的某一次躍遷,比這更細(xì)微的過(guò)程我們便無(wú)法認(rèn)識(shí)到.因此,對(duì)于經(jīng)典物理學(xué)的連續(xù)性和嚴(yán)格因果性必須放棄.
這場(chǎng)爭(zhēng)論的開始可以追溯到1920年春天,當(dāng)時(shí)玻爾和愛因斯坦這兩位科學(xué)巨匠在柏林會(huì)晤.雖然玻爾十分贊賞愛因斯坦對(duì)相對(duì)論的貢獻(xiàn)以及對(duì)普朗克定律的巧妙的推導(dǎo),但是他難以接受愛因斯坦的光量子概念.因此在1920年4月他對(duì)柏林物理學(xué)會(huì)所作的關(guān)于《光譜理論的現(xiàn)狀及其在不久的將來(lái)的發(fā)展的各種可能性》的講演中,雖然這個(gè)題目同光子理論有密切關(guān)系,他卻僅僅在一個(gè)地方提到“輻射量子”的觀念,而且這還可能只是出于對(duì)也參加了這個(gè)報(bào)告會(huì)的愛因斯坦的尊重；玻爾立即補(bǔ)充道：“我將不在這里討論‘光量子假設(shè)’在干涉現(xiàn)象上所帶來(lái)的眾所周知的困難了,而輻射的經(jīng)典理論對(duì)于說(shuō)明干涉現(xiàn)象卻是這樣合適.”
在玻爾看來(lái),經(jīng)典物理學(xué)和量子理論是不可調(diào)和的,雖然它們通過(guò)對(duì)應(yīng)原理以漸近的方式聯(lián)系著.而愛因斯坦則是一切物理現(xiàn)象應(yīng)該有一個(gè)統(tǒng)一的因果理論的堅(jiān)定信仰者.從他在1919年6月寫給玻恩的一封信中,我們可以看出他心目中對(duì)玻爾的二分法是頗為反感的：“量子論給我的感覺同你的感覺非常相像.人們實(shí)在應(yīng)當(dāng)對(duì)它的成功感到羞愧,因?yàn)樗歉鶕?jù)教會(huì)的信條‘不可讓你的左手知道右手所做的事’而獲得的.”
在沒(méi)有會(huì)晤玻爾以前寫給玻恩的另一封信中,愛因斯坦寫道：“關(guān)于因果性的問(wèn)題也使我很傷腦筋.光的量子吸收和發(fā)射是否有朝一日總可以在完全的因果性的意義下去理解呢,還是一定要留下一個(gè)統(tǒng)計(jì)性的尾巴?我必須承認(rèn),在這里我缺乏判決的勇氣.無(wú)論如何,要放棄完全的因果性,我將是非常、非常難受的……”
1920年3月,愛因斯坦在給玻恩的信中又寫道：“我在空暇時(shí)總是從相對(duì)論的觀點(diǎn)來(lái)沉思量子論的問(wèn)題.我認(rèn)為理論并不見得非得要放棄連續(xù)性不可.但是,迄今我未能把我的寶貝想法具體化,這個(gè)想法就是用過(guò)分確定條件下的微分方程來(lái)理解量子的結(jié)構(gòu).”鑒于這一段話,我們就不難理解,為什么愛因斯坦后來(lái)對(duì)薛定諤的波動(dòng)力學(xué)是那樣“熱情”.
1923年,康普頓效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)后,玻爾同愛因斯坦的爭(zhēng)論達(dá)到了頭一次高潮.看來(lái)康普頓效應(yīng)是絕對(duì)支持光的粒子說(shuō)的,因此就要求玻爾一方相應(yīng)采取斷然的步驟.
為了回答這個(gè)挑戰(zhàn),玻爾在1924年同克拉默斯和斯萊脫一起寫了著名的論文《輻射的量子理論》.這篇文章完全擯棄了愛因斯坦關(guān)于輻射的量子結(jié)構(gòu)的觀念,而是假設(shè)用抽象的幾率波來(lái)說(shuō)明實(shí)在的電磁波,從而進(jìn)一步突出了不連續(xù)性與統(tǒng)計(jì)性的根本性質(zhì).
該年4月,愛因斯坦在致玻恩的信中寫道：“玻爾關(guān)于輻射的意見使我很感興趣.但是,在有比迄今為止更為有力得多的反對(duì)嚴(yán)格的因果性的證據(jù)之前,我不想輕易放棄嚴(yán)格的因果性.我不能容忍這樣的想法：受到一束光照射的一個(gè)電子,會(huì)由它自己的自由意志來(lái)選擇它想要跳開的時(shí)刻和方向.如果是那樣,我寧可做個(gè)補(bǔ)鞋匠或者甚至賭館里的一名傭人,都比當(dāng)個(gè)物理學(xué)家強(qiáng).不錯(cuò),我要給量子以明確形式的嘗試,一而再、再而三地失敗了,但是,我還是不想長(zhǎng)遠(yuǎn)地放棄希望.”
第二階段（1927～1930年）.在玻爾提出對(duì)應(yīng)原理和哥本哈根學(xué)派提出波函數(shù)的幾率解釋的基礎(chǔ)上,1927年海森伯提出“測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系”.同年9月,玻爾在意大利科摩市召開的紀(jì)念伏打逝世100周年的國(guó)際物理會(huì)議上發(fā)表了題為《量子公設(shè)和原子理論的最近發(fā)展》的講演,提出著名的“互補(bǔ)原理”,進(jìn)一步引起了學(xué)術(shù)界的巨大震動(dòng).
互補(bǔ)原理認(rèn)為“微粒和波的概念是互相補(bǔ)充的,同時(shí)又是互相矛盾的,它們是運(yùn)動(dòng)過(guò)程中互補(bǔ)圖像.”玻爾特別指出,觀察微觀現(xiàn)象的特殊性,由于微觀客體中最小作用量子h要起重要作用,因此微觀客體和測(cè)量?jī)x器之間的相互作用是不能忽略的.這種相互作用在原則上是不可控制的,是量子現(xiàn)象不可分割的組成部分.這種不可控制的相互作用的數(shù)學(xué)表示就是測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系.由此決定了量子力學(xué)的規(guī)律只能是幾率性的；為了描述微觀客體,必須拋棄決定性的因果原理；而量子力學(xué)精確地描寫了單個(gè)粒子體系狀態(tài),它是完備的.
一個(gè)月以后,在布魯塞爾舉行了第五屆索爾維物理學(xué)會(huì)議.10月24日早晨,在一種滿懷期望的心情中,全世界的物理學(xué)權(quán)威們濟(jì)濟(jì)一堂,來(lái)對(duì)新量子論的意義交換意見.科摩會(huì)議的大部分參加者出席了這次會(huì)議,此外參加者中引人注目地增加了愛因斯坦、埃倫費(fèi)斯特和薛定諤.
玻爾在會(huì)上又一次闡述了他的互補(bǔ)原理,量子力學(xué)的哥本哈根解釋為當(dāng)時(shí)許多參加者所接受.但是它也受到來(lái)自各方面的批評(píng),特別是愛因斯坦公開的批評(píng).他在會(huì)上發(fā)言說(shuō)：“我必須請(qǐng)大家原諒,因?yàn)槲覍?duì)量子力學(xué)并沒(méi)有深入的研究.雖然如此,我還是愿意談一些一般性的看法.”
愛因斯坦認(rèn)為,波函數(shù)不是代表單個(gè)電子,而是代表分布在空間中的電子云.|ψ|2表示在被觀察的那一部分空間有電子云的一個(gè)粒子存在的幾率,而不是表示在所考慮時(shí)刻的那一瞬間一個(gè)特定的粒子存在于所給地方的幾率.因此,量子力學(xué)只能給出相對(duì)來(lái)說(shuō)是無(wú)限多個(gè)基元過(guò)程的集合的知識(shí),而不能完備地描述某些單個(gè)過(guò)程.
會(huì)上進(jìn)行的爭(zhēng)論,在會(huì)后的交談繼續(xù)進(jìn)行.會(huì)議參加者一般是在早餐以后就在旅館中見面了,愛因斯坦就開始描述一個(gè)理想實(shí)驗(yàn),那是他認(rèn)為可以通過(guò)分析坐標(biāo)和動(dòng)量的測(cè)量來(lái)駁倒測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系.于是玻爾、海森伯等就分析這個(gè)理想實(shí)驗(yàn),并在晚飯桌上由玻爾把分析的結(jié)果告訴愛因斯坦.這樣,愛因斯坦又提出了另一個(gè)理想實(shí)驗(yàn),但是在玻爾、海森伯這兩位擅長(zhǎng)分析理想實(shí)驗(yàn)的專家面前,愛因斯坦非但沒(méi)有駁倒測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系,反而被哥本哈根學(xué)派抓到了不少把柄.當(dāng)然,愛因斯坦的挑戰(zhàn)還是促使哥本哈根學(xué)派去深入地研究量子力學(xué)的測(cè)量問(wèn)題.
1930年,第六屆索爾維物理學(xué)會(huì)議又在布魯塞爾舉行.會(huì)議原定的主題是討論“物質(zhì)的磁性”.可是,會(huì)上圍繞量子力學(xué)基礎(chǔ)的討論卻成了主要內(nèi)容.
在這次會(huì)議上,愛因斯坦提出了一個(gè)“光子箱”的理想實(shí)驗(yàn),試圖通過(guò)能量和時(shí)間可以同時(shí)精確測(cè)量,由此來(lái)駁倒能量與時(shí)間的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系.
設(shè)有一個(gè)用彈簧秤掛在固定底座上的不透明的箱子,箱子的一個(gè)壁上開了一個(gè)小孔,小孔上裝著一個(gè)用計(jì)時(shí)裝置來(lái)控制其啟閉的快門.通過(guò)掛在箱子下面的砝碼和裝在箱子側(cè)面的指針,可以測(cè)定整個(gè)箱子的總重量.愛因斯坦設(shè)想,快門從時(shí)刻t1打開到時(shí)刻t2關(guān)閉,中間經(jīng)歷的時(shí)間△t=t2-t1很短,以至只有單獨(dú)一個(gè)光子從箱子中放出.在t1之前和t2之后,都可以要多準(zhǔn)確就多準(zhǔn)確地測(cè)定箱子的重量,并從而根據(jù)質(zhì)量和能量的關(guān)系式E=mc2來(lái)推出箱子的發(fā)射光子以前和以后的能量之差.另一方面,按照計(jì)時(shí)裝置的讀數(shù)也可以要多準(zhǔn)確就多準(zhǔn)確地確定光子的發(fā)射時(shí)刻及其到達(dá)遠(yuǎn)處屏幕上的時(shí)刻.這樣,按照愛因斯坦的想法,關(guān)于能量和時(shí)間的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系似乎是不能成立的了.
愛因斯坦的這種爭(zhēng)論方式出乎玻爾的意外,以致使他大吃一驚.據(jù)目擊者回憶,當(dāng)時(shí)玻爾面色蒼白,呆若木雞.但是,在經(jīng)過(guò)一個(gè)不眠之夜的緊張思考之后,他終于找出了問(wèn)題的癥結(jié)所在.他發(fā)現(xiàn)愛因斯坦在上述論證中,竟忘記他自己發(fā)明的效應(yīng)：在引力場(chǎng)中,時(shí)鐘會(huì)延緩.結(jié)果使愛因斯坦否定測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的光子箱實(shí)驗(yàn),反倒成了論證測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系的理想儀器.從此以后,愛因斯坦承認(rèn)量子力學(xué)的內(nèi)在體系是自洽的,但他仍堅(jiān)持認(rèn)為量子力學(xué)不是微觀體系的、完備的、最終的描述.
第三階段（1930年以后）.量子力學(xué)理論體系取得了更加完美的形式,但有關(guān)量子理論的完備性的爭(zhēng)論仍繼續(xù)進(jìn)行著.1935年5月,愛因斯坦同兩位年輕的美國(guó)物理學(xué)家波多耳斯基和羅森在美國(guó)《物理評(píng)論》47期發(fā)表了題為《能認(rèn)為量子力學(xué)對(duì)物理實(shí)在的描述是完備的嗎?》的論文,在物理學(xué)界、哲學(xué)界引起了巨大的反響,玻爾則以同樣的題目撰文回答.
愛因斯坦等在論文中提出了物理理論體系完備性的判據(jù)與著名的以三位作者姓的頭一個(gè)字母簡(jiǎn)稱的EPR悖論（這一悖論涉及到如何理解微觀世界實(shí)在的問(wèn)題）,認(rèn)真地論證了量子力學(xué)對(duì)物理實(shí)在描述的不完備性.
EPR在論文中,首先給物理實(shí)在與物理理論的完備性下了定義.如果一個(gè)物理理論對(duì)物理實(shí)在的描述是完備的,那么物理實(shí)在的每個(gè)要素都必須在其中有它的對(duì)應(yīng)量,即完備性判據(jù).當(dāng)我們不對(duì)體系進(jìn)行任何干擾,卻能確定地預(yù)言某個(gè)物理量的值時(shí),必定存在著一個(gè)物理實(shí)在的要素對(duì)應(yīng)于這個(gè)物理量,即實(shí)在性判據(jù).
EPR在推理過(guò)程中還默認(rèn)了以下兩個(gè)假設(shè)：（1）定域性假設(shè)；如果測(cè)量時(shí)兩個(gè)體系不再相互作用,那么對(duì)第一個(gè)體系所能做的無(wú)論什么事,都不會(huì)使第二個(gè)體系發(fā)生任何實(shí)在的變化；（2）有效性假設(shè)：量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)預(yù)示（至少在本論證有關(guān)的范圍內(nèi)）已為經(jīng)驗(yàn)所證實(shí).接著,EPR介紹了物理實(shí)在的量子力學(xué)描述的一般特征后,認(rèn)為量子力學(xué)不滿足上述這些判據(jù),所以是不完備的.
在論文的第二部分,EPR設(shè)計(jì)了一個(gè)理想實(shí)驗(yàn)來(lái)論證：假設(shè)有兩個(gè)子系統(tǒng)Ⅰ和Ⅱ構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng),當(dāng)t＜0時(shí),它們是彼此分離的,狀態(tài)為已知；在0＜t＜T時(shí),它們接近而發(fā)生相互作用；在t＞T以后,它們又彼此分離并停止相互作用.一方面由量子力學(xué)可知,當(dāng)子系統(tǒng)Ⅰ和Ⅱ分離后,據(jù)對(duì)子系統(tǒng)Ⅱ的動(dòng)量（或位置）所作的測(cè)量,人們便可以在不對(duì)子系統(tǒng)Ⅰ進(jìn)行干擾的情況下確定地預(yù)示子系統(tǒng)Ⅰ的動(dòng)量（或位置）.因此,根據(jù)EPR的實(shí)在性判據(jù)和定域性假設(shè),子系統(tǒng)Ⅰ的動(dòng)量與位置均對(duì)應(yīng)于物理實(shí)在的要素.另一方面,由于動(dòng)量與位置是一對(duì)不對(duì)易的共軛變量,人們不可能對(duì)子系統(tǒng)Ⅱ的動(dòng)量與位置同時(shí)進(jìn)行測(cè)量,從而不可能對(duì)子系統(tǒng)Ⅰ的動(dòng)量與位置同時(shí)作出預(yù)示.這樣,我們就否定了上面二中擇一的兩個(gè)命題中的第二個(gè)命題,從而證明了其中第一個(gè)命題,即證明了量子力學(xué)并不為物理實(shí)在提供一個(gè)完備的描述.
玻爾認(rèn)為,EPR所說(shuō)“不對(duì)體系進(jìn)行任何干擾”是不確切的.因?yàn)樵跍y(cè)量過(guò)程中雖然沒(méi)有對(duì)子系統(tǒng)Ⅰ施加力學(xué)干擾,但由于作用量子的不可分性,微觀體系和測(cè)量?jī)x器構(gòu)成了一個(gè)不可分割的整體.測(cè)量安排是確定一個(gè)物理量的必要條件,而對(duì)微觀體系未來(lái)行為所預(yù)示的可能類型正是由這些條件所決定的.
這樣,玻爾提出的量子現(xiàn)象的整體性特征,引起了人們對(duì)EPR所默認(rèn)的定域?qū)嵲谡摰膽岩?意味著把世界看做在空間上分離的、獨(dú)立存在的各部分組成的看法不一定普遍成立,從而促使量子力學(xué)的完備性問(wèn)題得到了系統(tǒng)的研究.
1949年,為紀(jì)念愛因斯坦70大壽,玻爾寫了題為《就原子物理學(xué)中的認(rèn)識(shí)論問(wèn)題和愛因斯坦進(jìn)行的商榷》的論文,愛因斯坦則主要針對(duì)論文集《愛因斯坦：哲學(xué)家一科學(xué)家》中哥本哈根學(xué)派各篇論文的意見,寫了《對(duì)批評(píng)的回答》一文作為反批評(píng).這兩篇論文,都帶有某種總結(jié)性質(zhì),不過(guò)他們各自堅(jiān)持自己的基本觀點(diǎn)不變.
1955年4月18日愛因斯坦逝世以后,玻爾心里也沒(méi)有忘記和愛因斯坦的論戰(zhàn).據(jù)記載,玻爾在逝世（1962年11月18日）前一天的傍晚,在他的工作室的黑板上所畫的最后一個(gè)圖,便是愛因斯坦的光子箱的草圖.
對(duì)于這場(chǎng)持續(xù)了近40年的爭(zhēng)論,特別是EPR悖論的爭(zhēng)論,從基本觀點(diǎn)來(lái)說(shuō),誰(shuí)也沒(méi)有說(shuō)服誰(shuí).后來(lái),有人想將上述EPR理想實(shí)驗(yàn)推進(jìn)到真實(shí)實(shí)驗(yàn),以此來(lái)證明孰是孰非.50年代,英國(guó)物理學(xué)家玻姆在EPR悖論啟發(fā)下提出了隱參量的量子理論.60年代,又一位英國(guó)物理學(xué)家約翰·貝爾根據(jù)隱參量的量子理論從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)出了一個(gè)關(guān)于遠(yuǎn)隔粒子量子關(guān)聯(lián)的定量不等式——貝爾不等式.由于貝爾的工作,人們才有可能設(shè)計(jì)真實(shí)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)EPR悖論的爭(zhēng)論的誰(shuí)是誰(shuí)非.
從1972年至1982年間,物理學(xué)家共完成了12個(gè)實(shí)驗(yàn),其中10個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果違反貝爾不等式而與量子力學(xué)的預(yù)言一致.但是,人們?nèi)绻敕菦Q定論的隨機(jī)性,便可導(dǎo)出貝爾不等式.所以,上述實(shí)驗(yàn)只是說(shuō)明了量子理論是超距關(guān)聯(lián)、非定域的,而沒(méi)有確定量子理論是決定論的還是非決定論的,也就是說(shuō)微觀世界因果律是否成立還沒(méi)有蓋棺論定,EPR悖論的爭(zhēng)論還有待于人們進(jìn)行更深入的研究.