玻爾和愛(ài)因斯坦是好朋友，兩人都是量子力學(xué)的開(kāi)創(chuàng)者和奠基人，但他們對(duì)量子理論的詮釋卻各執(zhí)己見(jiàn)，毫不退讓。玻愛(ài)之爭(zhēng)有三個(gè)回合值得一提，第一回合發(fā)生在1927年的第五屆索爾維會(huì)議上。那是一場(chǎng)物理學(xué)界的群英會(huì)。會(huì)議合影里的29人中，有17人獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。玻愛(ài)之爭(zhēng)的雙方人馬旗鼓相當(dāng)。玻爾的哥本哈根學(xué)派在人數(shù)上占優(yōu)勢(shì)，但對(duì)手這邊三個(gè)人物一個(gè)比一個(gè)分量重：德布羅意、薛定諤、愛(ài)因斯坦。
在正式會(huì)議階段，玻爾和哥本哈根學(xué)派對(duì)量子理論的解釋占了壓倒性優(yōu)勢(shì)。愛(ài)因斯坦的質(zhì)疑通常在正式會(huì)議之外提出，而兩派人馬的辯論和交鋒，則大部分發(fā)生在每天會(huì)前會(huì)后的餐桌上。愛(ài)因斯坦的出發(fā)點(diǎn)是經(jīng)典力學(xué)中的三個(gè)假設(shè)——守恒律、確定性、局域性。一般來(lái)說(shuō)，在守恒律方面爭(zhēng)議不大。但海森堡提出的不確定性原理違背了確定性的假設(shè)，這是愛(ài)因斯坦所不能忍受的。海森堡1925年發(fā)現(xiàn)電子的運(yùn)動(dòng)實(shí)際上并無(wú)軌跡可言，因?yàn)殡娮拥奈恢煤蛣?dòng)量不可能同時(shí)被確定：位置的不確定性越小，動(dòng)量的不確定性就越大，反之亦然。海森堡由此提出不確定性原理。愛(ài)因斯坦的觀點(diǎn)可以用其名言“上帝不擲骰子”來(lái)概括，即世界的本質(zhì)不是隨機(jī)的，與經(jīng)典力學(xué)的觀點(diǎn)一致。那些看起來(lái)無(wú)法解釋的隨機(jī)現(xiàn)象，是因?yàn)橛猩形窗l(fā)現(xiàn)的“隱變量”，一旦我們找出了這些隱藏著的變量，隨機(jī)性就不復(fù)存在了。然而，哥本哈根學(xué)派認(rèn)為，微觀世界的隨機(jī)性是內(nèi)在的、本質(zhì)的，并沒(méi)有什么隱藏得更深的隱變量，有的只是“波函數(shù)坍縮”到某個(gè)本征態(tài)的概率。最后直到會(huì)議結(jié)束，兩派仍然各執(zhí)己見(jiàn)，誰(shuí)也沒(méi)有被對(duì)方說(shuō)服。三年后的第六屆索爾維會(huì)議上，兩派人馬再次華山論劍。愛(ài)因斯坦提出了他著名的“光子盒”思想實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置是一個(gè)裝有發(fā)光物質(zhì)的密封盒子，盒子上開(kāi)了一個(gè)小洞，洞口的機(jī)械鐘可以精確控制擋板的開(kāi)啟時(shí)間。同時(shí)，盒子懸掛在一個(gè)精密的彈簧秤上，以測(cè)量其質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，先測(cè)量一次盒子質(zhì)量，然后在短時(shí)間內(nèi)控制開(kāi)啟快門讓一個(gè)光子逸出，當(dāng)快門關(guān)閉后，再測(cè)量一次質(zhì)量。設(shè)盒子所減少的質(zhì)量為m，光子的能量即E=mc2。愛(ài)因斯坦認(rèn)為，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，時(shí)間由機(jī)械鐘控制測(cè)量，光子的能量可通過(guò)彈簧秤測(cè)量質(zhì)量差得到，兩者獨(dú)立進(jìn)行，互不干涉，理論上都可準(zhǔn)確測(cè)量。以此來(lái)說(shuō)明時(shí)間和能量不能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量的不確定性原理是不成立的，玻爾一派的觀點(diǎn)不正確，量子力學(xué)不自洽。愛(ài)因斯坦的光子盒實(shí)驗(yàn)，當(dāng)場(chǎng)讓玻爾啞口無(wú)言。但是只過(guò)了一個(gè)晚上，玻爾用愛(ài)因斯坦自己的廣義相對(duì)論，指出了光子盒實(shí)驗(yàn)的缺陷。玻爾指出：光子跑出后，掛在彈簧秤上的盒子質(zhì)量變輕，即會(huì)上移，根據(jù)廣義相對(duì)論，如果時(shí)鐘重力方向發(fā)生位移，時(shí)鐘的快慢會(huì)發(fā)生變化。這樣一來(lái)，盒子里的機(jī)械鐘讀出的時(shí)間就會(huì)因?yàn)檫@個(gè)光子的跑出而發(fā)生改變。換言之，使用這種裝置，如果要測(cè)定光子的能量，就不能精確控制光子逸出的時(shí)刻。愛(ài)因斯坦被玻爾的回?fù)趔@得目瞪口呆，自此以后，便放棄了從不確定性原理這一方面來(lái)攻擊量子力學(xué)的想法?！傲孔永碚撘苍S是自洽的，”他說(shuō)，“但至少是不完備的?！?/span>玻爾那晚也的確被愛(ài)因斯坦的“光子盒”問(wèn)題擾得心神不安，日后多年他仍然一直耿耿于懷。據(jù)說(shuō)，在玻爾1962年去世時(shí)，他工作室的黑板上還畫著當(dāng)年愛(ài)因斯坦的那個(gè)光子盒。1933年第七屆索爾維會(huì)議，愛(ài)因斯坦未能出席，因?yàn)樗患{粹趕出了歐洲，剛剛準(zhǔn)備接受美國(guó)普林斯頓高等研究院的教授職位。沒(méi)有愛(ài)因斯坦在場(chǎng)，德布羅意和薛定諤都不喜歡與人辯論，所以這一年的索爾維會(huì)議上，玻爾的哥本哈根學(xué)派唱了一場(chǎng)獨(dú)角戲，一切安好。終于在1935年，愛(ài)因斯坦、波多爾斯基和羅森在《物理評(píng)論》（Physics Review）雜志上發(fā)表了他們共同署名的論文。愛(ài)因斯坦設(shè)想出著名的“EPR佯謬”（E、P、R分別代表論文的三位作者）。這算是他與玻爾一派論戰(zhàn)的第三個(gè)回合。愛(ài)因斯坦在論文中，第一次使用了一個(gè)超強(qiáng)武器，后來(lái)被薛定諤命名為“量子糾纏”。
▍背景簡(jiǎn)介：本文摘自公眾號(hào)“光子盒”。
