收到海森堡的信后,玻尔立即从挪威动身返回哥本哈根,准备就这个问题和
海森堡展开深入的探讨。海森堡可能以为,这样伟大的一个发现必定能打动玻尔的心,让
他同意自己对于量子力学的一贯想法。可是,他却大大地错了。
在挪威,玻尔于滑雪之余好好地思考了一下波粒问题,新想法逐渐在他脑中定型了。当他
看到海森堡的论文,他自然而然地用这种想法去印证整个结论。他问海森堡,这种不确定
性是从粒子的本性而来,还是从波的本性导出的呢?海森堡一愣,他压根就没考虑过什么
波。当然是粒子,由于光子击中了电子而造成了位置和动量的不确定,这不是明摆的吗?
玻尔很严肃地摇头,他拿海森堡想象的那个巨型显微镜开刀,证明在很大程度上不确定性
不单单出自不连续的粒子性,更是出自波动性。我们在前面讨论过德布罗意波长公式λ=
h/mv,mv就是动量p,所以p= h/λ,对于每一个动量p来说,总是有一个波长的概念伴随
着它。对于e-t关系来说,e= hν,依然有频率ν这一波动概念在里面。海森堡对此一口
拒绝,要让他接受波动性可不是一件容易的事情,对海森堡的顽固玻尔显然开始不耐烦了
,他明确地对海森堡说:“你的显微镜实验是不对的”,这把海森堡给气哭了。两人大吵
一场,克莱恩当然帮着玻尔,这使得哥本哈根内部的气氛闹得非常尖锐。从物理问题出发
,后来几乎变成了私人误会,以致海森堡不得不把写给泡利的信要回去以作出澄清。最后
,泡利本人亲自跑去丹麦,这才最后平息了事件的余波。
对海森堡来说不幸的是,在显微镜问题上的确是他错了。海森堡大概生来患有某种“显微
镜恐惧症”,一碰到显微镜就犯晕。当年,他在博士论文答辩里就搞不清最基本的显微镜
分辨度问题,差点没拿到学位。这次玻尔也终于让他意识到,不确定性是建立在波和粒子
的双重基础上的,它其实是电子在波和粒子间的一种摇摆:对于波的属性了解得越多,关
于粒子的属性就了解得越少。海森堡最后终于接受了玻尔的批评,给他的论文加了一个附
注,声明不确定性其实同时建筑在连续性和不连续性两者之上,并感谢玻尔指出了这一点
。
玻尔也在这场争论中有所收获,他发现不确定原理的普遍意义原来比他想象中的要大。他
本以为,这只是一个局部的原理,但现在他领悟到这个原理是量子论中最核心的基石之一
。在给爱因斯坦的信中,玻尔称赞了海森堡的理论,说他“用一种极为漂亮的手法”显示
了不确定如何被应用在量子论中。复活节长假后,双方各退一步,局面终于海阔天空起来
。海森堡写给泡利的信中又恢复了良好的心情,说是“又可以单纯地讨论物理问题,忘记
别的一切”了。的确,兄弟阋于墙,也要外御其侮,哥本哈根派现在又团结得像一块坚石
了,他们很快就要共同面对更大的挑战,并把哥本哈根这个名字深深镌刻在物理学的光辉
历史上。
不过,话又说回来。波动性,微粒性,从我们史话的一开始,这两个词已经深深困扰我们
,一直到现在。好吧,不确定性同时建立在波动性和微粒性上……可这不是白说吗?我们
的耐心是有限的,不如摊开天窗说亮话吧,这个该死的电子到底是个粒子还是波那?
粒子还是波,真是令人感慨万千的话题啊。这是一出300年来的传奇故事,其中悲欢起落
,穿插着物理史上最伟大的那些名字:牛顿、胡克、惠更斯、杨、菲涅尔、傅科、麦克斯
韦、赫兹、汤姆逊、爱因斯坦、康普顿、德布罗意……恩恩怨怨,谁又能说得明白?我们
处在一种进退维谷的境地中,一方面双缝实验和麦氏理论毫不含糊地揭示出光的波动性,
另一方面光电效应,康普顿效应又同样清晰地表明它是粒子。就电子来说,玻尔的跃迁,
原子里的光谱,海森堡的矩阵都强调了它不连续的一面,似乎粒子性占了上风,但薛定谔
的方程却又大肆渲染它的连续性,甚至把波动的标签都贴到了它脸上。
怎么看,电子都没法不是个粒子;怎么看,电子都没法不是个波。
这该如何是好呢?
当遇到棘手的问题时,最好的办法还是问问咱们的偶像,无所不能的歇洛克?福尔摩斯先
生。他是这样说的:“我的方法,就建立在这样一种假设上面:当你把一切不可能的结论
都排除之后,那剩下的,不管多么离奇,也必然是事实。”(《新探案?皮肤变白的军人
》)
真是至理名言啊。那么,电子不可能不是个粒子,它也不可能不是波。那剩下的,唯一的
可能性就是……
它既是个粒子,同时又是个波!
可是,等等,这太过分了吧?完全没法叫人接受嘛。什么叫“既是个粒子,同时又是波”
?这两种图像分明是互相排斥的呀。一个人可能既是男的,又是女的吗(太监之类的不算
)?这种说法难道不自相矛盾吗?
不过,要相信福尔摩斯,更要相信玻尔,因为玻尔就是这样想的。毫无疑问,一个电子必
须由粒子和波两种角度去作出诠释,任何单方面的描述都是不完全的。只有粒子和波两种
概念有机结合起来,电子才成为一个有血有肉的电子,才真正成为一种完备的图像。没有
粒子性的电子是盲目的,没有波动性的电子是跛足的。
这还是不能让我们信服啊,既是粒子又是波?难以想象,难道电子像一个幽灵,在粒子的
周围同时散发出一种奇怪的波,使得它本身成为这两种状态的叠加?谁曾经亲眼目睹这种
恶梦般的场景吗?出来作个证?
“不,你理解得不对。”玻尔摇头说,“任何时候我们观察电子,它当然只能表现出一种
属性,要么是粒子要么是波。声称看到粒子-波混合叠加的人要么是老花眼,要么是纯粹
在胡说八道。但是,作为电子这个整体概念来说,它却表现出一种波-粒的二像性来,它
可以展现出粒子的一面,也可以展现出波的一面,这完全取决于我们如何去观察它。我们
想看到一个粒子?那好,让它打到荧光屏上变成一个小点。看,粒子!我们想看到一个波
?也行,让它通过双缝组成干涉图样。看,波!”
奇怪,似乎有哪里不对,却说不出来……好吧,电子有时候变成电子的模样,有时候变成
波的模样,嗯,不错的变脸把戏。可是,撕下它的面具,它本来的真身究竟是个什么呢?
“这就是关键!这就是你我的分歧所在了。”玻尔意味深长地说,“电子的‘真身’?或
者换几个词,电子的原型?电子的本来面目?电子的终极理念?这些都是毫无意义的单词
,对于我们来说,唯一知道的只是每次我们看到的电子是什么。我们看到电子呈现出粒子
性,又看到电子呈现出波动性,那么当然我们就假设它是粒子和波的混合体。我一点都不
关心电子‘本来’是什么,我觉得那是没有意义的。事实上我也不关心大自然‘本来’是
什么,我只关心我们能够‘观测’到大自然是什么。电子又是个粒子又是个波,但每次我
们观察它,它只展现出其中的一面,这里的关键是我们‘如何’观察它,而不是它‘究竟
’是什么。”
玻尔的话也许太玄妙了,我们来通俗地理解一下。现在流行手机换彩壳,我昨天心情好,
就配一个shining的亮银色,今天心情不好,换一个比较有忧郁感的蓝色。咦奇怪了,为
什么我的手机昨天是银色的,今天变成蓝色了呢?这两种颜色不是互相排斥的吗?我的手
机怎么可能又是银色,又是蓝色呢?很显然,这并不是说我的手机同时展现出银色和蓝色
,变成某种稀奇的“银蓝”色,它是银色还是蓝色,完全取决于我如何搭配它的外壳。我
昨天决定这样装配它,它就呈现出银色,而今天改一种方式,它就变成蓝色。它是什么颜
色,取决于我如何装配它!
但是,如果你一定要打破砂锅地问:我的手机“本来”是什么颜色?那可就糊涂了。假如
你指的是它原装出厂时配着什么外壳,我倒可以告诉你。不过要是你强调是哲学意义上的
“本来”,或者“理念中手机的颜色”到底是什么,我会觉得你不可理喻。真要我说,我
觉得它“本来”没什么颜色,只有我们给它装上某种外壳并观察它,它才展现出某种颜色
来。它是什么颜色,取决于我们如何观察它,而不是取决于它“本来”是什么颜色。我觉
得,讨论它“本来的颜色”是痴人说梦。
再举个例子,大家都知道“白马非马”的诡辩,不过我们不讨论这个。我们问:这匹马到
底是什么颜色呢?你当然会说:白色啊。可是,也许你身边有个色盲,他会争辩说:不对
,是红色!
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