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| 索爾維會議 |
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中文名: 索爾維會議 外文名: 法語：Conseils Solvay 背 景: 二十世紀初 創 立: 歐內斯特·索爾維 第一屆時間: 1911年 第一屆地點: 布魯塞爾 次 數: 每3年舉行一屆 成 果: 量子力學的討論 領 域: 物理、化學 |
索爾維會議是20世紀初一位比利時的實業家歐內斯特·索爾維創立的物理、化學領域討論的會議。 1911年，第一屆索爾維會議在布魯塞爾召開，以後每3年舉行一屆。1927年，第五屆索爾維會議在比利時布魯塞爾召開了，因為發軔於這次會議的阿爾伯特·愛因斯坦與尼爾斯·玻爾兩人的大辯論，這次索爾維峰會被冠之以「最著名」的稱號。 一張匯聚了物理學界智慧之腦的「明星照」則成了這次會議的見證，數十個涵蓋了眾多分支的物理學家都留下了他們的身影，愛因斯坦、玻爾更是照片的靈魂人物。[1]
會議背景
二十世紀初，實業家歐內斯特·索爾維創立了索爾維會議。 1911年，第一屆索爾維會議在布魯塞爾召開，以後每3年舉行一屆。 1927年，第五屆索爾維會議在比利時布魯塞爾召開了，因為發軔於這次會議的阿爾伯特·愛因斯坦與尼爾斯·玻爾兩人的大辯論，這次索爾維峰會被冠之以「最著名」的稱號。 一張匯聚了物理學界智慧之腦的「明星照」則成了這次會議的見證，數十個涵蓋了眾多分支的物理學家都留下了他們的身影，愛因斯坦、玻爾更是照片的靈魂人物，被稱為是物理學的「全明星」合影！ 雖然已經過去將近一百年，但是至今沒有第二張照片能出其右。
參會人員
愛因斯坦 愛因斯坦，美籍德國猶太裔，理論物理學家，相對論的創立者，現代物理學奠基人。 1921年獲諾貝爾物理學獎，1999年被美國《時代周刊》評選為「世紀偉人」。 愛因斯坦曾經是量子力學的催生者之一，但是他不滿意量子力學的後續發展，愛因斯坦始終認為「量子力學（以波爾為首的哥本哈根詮釋：「基本上，量子系統的描述是機率的。一個事件的機率是波函數的絕對值平方。」）不完備」，但苦於沒有好的解說樣板，也就有了著名的「上帝不擲骰子」的否定式吶喊！愛因斯坦到過世前都沒有接受量子力學是一個完備的理論。愛因斯坦還有另一個名言：「月亮是否只在你看着他的時候才存在？」 1927年10月參加第五屆布魯塞爾索爾維物理討論會，開始同哥本哈根學派就量子力學的解釋問題進行激烈論戰。發表《牛頓力學及其對理論物理學發展的影響》。 M·普朗克 第五屆索爾維會議討論的核心是有關量子力學的，而追溯量子力學就不得不提及一個人，那便是馬克斯·普朗克（Max Planck1858～1947，前排左二），德國物理學家，「量子力學之父」。 參加這屆索爾維會議時他已經69歲，德高望重，是當然的前輩。 19世紀末，揚棄古典物理學的觀念已提上日程。因而消除牛頓力學和麥克斯韋電磁場這兩大理論之間的不一致，就成為二十世紀物理學發展的前提。普朗克此時提出了一個大膽的假說，在科學界一鳴驚人。這一假說認為輻射能（即光波能）不是一種連續的流，而是由小微粒組成的。他把這種小微粒叫做量子。普朗克的假說與經典的光學學說和電磁學說相對立，使物理學發生了一場革命，使人們對物質性和放射性有了更為深刻的了解。 H·A·洛倫茲 荷蘭物理學家亨德瑞克·安圖恩·洛倫茲（Hendrik Antoon Lorentz，1853—1928，前排左四），在萊頓大學任教期間創立了電子論，並與塞曼因研究磁場對輻射現象的影響，發現塞曼效應，分享了1902年度諾貝爾物理學獎。 1904年他提出著名的洛侖茲變換公式，並指出光速是物體相對於以太運動速度的極限。 洛倫茲不僅是物理學界的明星人物，由於其通曉人文地理，且掌握多門外語，是國際物理學界的各種集會很受歡迎的主持人，此次物理學家的峰會便是由其主持。 P·朗之萬 這些物理界的明星人物中，有一人還對中國物理學會的成立起過積極的作用，那便是保羅·朗之萬（Paul Langevin，1872—1946，前排右四）。 朗之萬生於巴黎，1905年他看到愛因斯坦的論文後，對相對論表示了濃烈的興趣，並和愛因斯坦結下了深摯的友誼。他形象地闡述相對論並作了大量宣傳工作，因而有「朗之萬炮彈」的美稱。 1931年，正值「九一八事變」發生，朗之萬受國際聯盟委託來中國考察教育，對中國人民的抗日活動表示聲援。他甚至呼籲中國物理學界聯繫起來，催化了當時醞釀已久的中國物理學會成立。朗之萬本人也成為中國物理學會第一位名譽會員。 P.埃倫費斯特 埃倫費斯特（P.Ehrenfest，1880－1933，後排左三），荷蘭物理學家。如果說，玻爾的對應原理是在經典物理學和量子力學之間架起的一座橋樑，那麼埃倫費斯特的浸漸原理則是兩者之間的又一座橋樑。 1906年，埃倫費斯特開始研究普朗克輻射定律的統計力學基礎。愛因斯坦對他的思想評價頗高，1914年稱埃倫費斯特的原理為「浸漸假說」。玻爾也充分肯定埃倫費斯特的貢獻，承認在自己後來的工作中浸漸原理起了很重要的作用。 P.A.M.狄拉克 保羅·阿德里·莫里斯·狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac，1902－1984，中排左五）是一位英國物理學家。他長期從事科學研究，創立量子電動力學；1928年建立「狄拉克方程」，即相對論形式的薛定諤方程；這個貌似簡單的方程式從理論上預言了正電子的存在，具有劃時代的意義；它對原子結構及分子結構都給予了新的詮釋。 1935年他曾來中國，在清華大學講學，並曾被選為中國物理學會名譽會員。 P.德拜 彼得·德拜（Peter Debye，1884－1966，中排左一），是出生於荷蘭的美國物理化學家，發明了著名的德拜相機，使得X光材料分析成為一門課程。 1936年，因通過偶極矩研究及X射線衍射研究對分子結構學科所作貢獻而獲諾貝爾化學獎。 M.居里夫人 物理學，在通常的認識中是被男性占據的領地。夢之隊差一點又將佐證這一常識，但偏偏就有那麼個「出格」的人打破了這一「神話」，那便是居里夫人。 1867年出生的瑪麗·斯可羅多夫斯·居里（Marie Curie，1867－1934，前排左三）儘管受教育較晚，卻一點都沒阻攔她在物理學、化學等領域的研究和所作的貢獻。 居里夫人憑着堅韌的精神前進在嚴肅的學術領地中，她選擇「放射性」作為其一生要攻克的領地，研究了許多物質，發現釷及其化合物的特性與鈾相同。研究瀝青鈾礦時，她發現了鐳和釙。 1910年她成功地分離了純鐳。 因居里夫人的突出貢獻，她曾兩次獲諾貝爾獎，1903年的物理獎，1911年的化學獎。 與會人員 後排左起：A.皮卡爾德（A.Piccard）E.亨利厄特(E.Henriot）P.埃倫費斯特（P.Ehrenfest） Ed.赫爾岑（Ed.Herzen） Th.頓德爾（德康德）（Th. de Donder） E.薛定諤（E.Schrodinger） E.費爾夏費爾德（E.Verschaffelt） W.泡利（W.Pauli） W.海森堡（W.Heisenberg） R.H.否勒（R.H.Fowler） L.布里淵（L.Brillouin ） 中排左起：P.德拜（P.Debye） M.克努森（M.Knudsen） W.L.布拉格（W.L.Bragg） H.A.克萊默（H.A.Kramers） P.A.M狄拉克（P.A.M.Dirac） A.H.康普頓（A.H.Compton ） L.德布羅意（L. de Broglie） M.波恩（M.Born） N.玻爾（N.Bohr ） 前排左起：I.朗繆爾（I.Langmuir） M.普朗克（M.Planck M.居里夫人（Mme Curie ） H.A.洛倫茲（H.A.Lorentz ） A.愛因斯坦（A.Einstein） P.朗之萬（P.Langevin） Ch.E.古伊（Ch.E.Guye） C.T.R.威爾遜（C.T.R.Wilson） O.W.里查遜（O.W.Richardson）
會議陣營
哥本哈根學派 該屆索爾維會議上有三大陣營。以玻爾為中心的便是哥本哈根學派，年輕、激情是他們的標籤，因而被稱為反叛的一群。其中有尼爾斯·玻爾、馬克斯·玻恩、海森伯、沃爾夫岡·泡利等。 尼爾斯·玻爾（Niels Bohr，1885－1962，中排右一），在量子力學的發展上提出了具有突破性的「對應理論」，成為量子力學的奠基人之一，哥本哈根學派的掌門人。 馬克斯·玻恩（MaxBorn，1882－1970，中排右二）是德國理論物理學家，量子力學的奠基人之一。從1923年開始，他致力於發展量子理論。由於他從具體的碰撞問題的分析出發，提出了波函數的統計詮釋波函數的二次方代表粒子出現的概率，於1954年獲得了諾貝爾物理學獎。 同為德國人的海森伯（Werner Karl Heisenberg，1901－1976，後排右三）是量子力學第一種有效形式（矩陣力學）的創建者，他更是為後人留下了一個神秘詭譎的「海森伯之謎」（後稱為「不確定關係」）。1929年，他同W.E.泡利一道曾為量子場論的建立打下基礎 ，首先提出基本粒子中同位旋的概念。1932年獲諾貝爾物理學獎。「二戰」期間，納粹德國召集眾多科學家研製原子彈，海森伯是其中核心人物，但最後德國並沒有造出原子彈，有一說法正是海森堡沒有盡全力，但海森伯本人一直拒絕披露其中的真相。 美籍奧地利科學家沃爾夫岡·泡利（Wolfgang Pauli，1900－1958，後排右四）是迎着20世紀的曙光來到世界的，父親、教父堅深的物理學背景使其從小在物理學的潤「物」細無聲中成長。泡利是上世紀主要的理論物理學家之一。不相容原理、核子自旋的假設、中微子的假設，以及粒子自旋和統計之間關係的闡述，都是他對物理學的發展作出的卓越的貢獻。 哥本哈根反對派 儘管哥本哈根學派所提出的量子力學有無窮的魅力，但愛因斯坦、薛定諤、德布羅意等人還是對此提出了質疑，這些質疑同樣促進了量子力學的發展。 阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein，1879－1955，前排正中）的名字與相對論是截然不可分的，不過這位20世紀最有智慧的頭腦還提出過光量子，他和馬克斯·普朗克、尼爾斯·玻爾一樣為量子力學最初的發展做出了巨大貢獻。在這張照片中，他居於最突出的位置，可見他當時的地位。 埃爾溫·薛定諤（Erwin Schrodinger，1887－1961，後排右六）是奧地利理論物理學家。20世紀20年代，因為量子力學的發展，薛定諤的名字與愛因斯坦、玻爾、玻恩、海森堡等捆在了一起，而那隻半死半活的「薛定諤的貓」更是科學史上著名的怪異形象之一。1933年，薛定諤因建立描述電子和其他亞原子粒子的運動的波動方程，獲得諾貝爾物理獎。在愛因斯坦和玻爾的論戰中，他是支持愛因斯坦最有力的科學家。 路易斯·德布羅意（Louls－Victorde Broglie，1892－1987，中排右三）是法國著名理論物理學家，物質波理論的創立者。1924年11月，德布羅意在博士論文中闡述了著名的物質波理論，並指出電子的波動性。這一理論為建立波動力學奠定了堅實基礎。由於這一划時代的研究成果，使他獲得1929年的諾貝爾物理學獎，同時也使他成為第一個以學位論文獲得諾貝爾獎金的學者。 實驗派 照片中，除以愛因斯坦和玻爾為軸心人物的兩大陣營外，還有另一派，那是只關心實驗結果的實驗派，包括布拉格和康普敦。 康普敦（A.H.Compton，1892—1962，中排右四），他於1922—1923年間研究了X射線經金屬或石墨等物質散射後的光譜。在索爾維的峰會上，他傾心於他的實驗成果，報告了康普頓實驗以及其和經典電磁理論的不一致，而勞倫斯·布拉格則做了關於X射線的實驗報告。出現在照片中的威廉·亨利·布拉格（W.H.Bragg，1862－1942，中排左三）便是其父親，現代固體物理學的奠基人之一。由於在使用X射線衍射研究晶體原子和分子結構方面所作出的開創性貢獻，他與兒子分享了1915年諾貝爾物理學獎。
會議過程
量子力學論戰 量子力學產生以來，正確性已被大量實驗驗證。 然而，量子力學存在一個重大問題沒有解決：量子力學是否是完備的，波函數是否精確描寫了單個體系的狀態。 前奏 哥本哈根學派認為： 1.波函數精確地描述了單個體系的狀態。 2.波函數提供統計數據，測不準關係的存在是由於粒子與測量儀器之間的不可控制性。 3.在空間，時間中發生的微觀過程和經典因果律不相容。 愛因斯坦對此並不認同，一個沒有嚴格因果律的物理世界是不可想象的。 他認為：量子力學可能出了問題。 一場世紀大辯論即將展開。 第一次論戰 第五屆索爾維會議召開，主題是光子和電子。 派系 會議分為三派： 實驗派：布拉格、 康普頓 哥本哈根學派：波爾波恩、海森伯 愛因斯坦派：愛因斯坦、 德布羅意 、薛定諤 論戰展開 德布羅意說：粒子是波場中的一個奇異點，波引導着粒子運動。 泡利狠狠批評這個理論，舉出一系列實驗結果反駁德布羅意，德布羅意被迫放棄自己的觀點。 海森伯和波恩說：我們主張量子力學是完備的，它的基本物理假說和數學假設不能進一步修改。他們攻擊薛定諤的電子云。 薛定諤承認自己的計算不完美，但談論電子軌道是胡扯。 愛因斯坦發言 愛因斯坦終於說話了，他提出一個模型： 一個電子通過一個小孔得到衍射圖像。 愛因斯坦指出兩種觀點： 1.這裡沒有一個電子，只有一團電子云。 2.的確只有一個電子，波函數是「幾率分布」。 愛因斯坦反對觀點2，因為： 這種隨機性表明同一過程產生不同結果。 即感應屏的許多區域同時對電子觀測作出反應。 而這似乎暗示一種超距作用，從而違背相對論。 海森伯的回憶 "討論很快就變成一場愛因斯坦和波爾之間的決鬥。" "我們一般在旅館用早餐就見面，於是愛因斯坦就描繪一個思維實驗，他認為從中可以清楚地看出歌本哈根解釋的內部矛盾。" "一般來說玻爾在傍晚的時候就對這些理想實驗完全心中有數，他會在晚餐時把它們分析給愛因斯坦聽。愛因斯坦對這些分析提不出反駁，但在心裡他是不服氣的。" 愛因斯坦的失利 愛因斯坦如此虔誠地信仰因果律，以致決不能相信哥本哈根那種憤世嫉俗的概率解釋。 "上帝不擲骰子！" 但是第一次論戰他輸了。輸給玻爾的哥本哈根學派。 第二次論戰 三年後的秋天，第六屆索爾維會議在布魯塞爾召開。 愛因斯坦的算盤 愛因斯坦憑着和玻爾交手的經驗知道： 在細節問題上是爭不出個什麼所以然 他必須得瞄準最關鍵的精髓所在：不確定性原理! 愛因斯坦提出光箱實驗 箱子裡有若干光子。 打開時間Δt，只放出一個光子，Δt確定 於是箱子輕了Δm，可以用理想的秤測出 將Δm代入E=mc^2，ΔE也確定 ΔE和Δt都確定，測不準原理 ΔEΔt > h/2π不成立 這個實驗的精髓所在是： 在精確測量Δt時，可以精確測量Δm 而Δm可以由質能方程轉化為精確的ΔE ΔE，Δt都是精確的，測不準關係失效了 玻爾對此毫無準備，他臉如死灰，呆若木雞 第二天，玻爾的勝利到來了 玻爾指出： 一個光子跑了，箱子輕了Δm 用彈簧秤稱，設置零點,設位移Δq 根據廣義相對論的紅移效應,箱子在引力場移動Δq，Δt也相應改變ΔT 可以計算：ΔT>h/Δmc^2 代入E=mc^2得ΔEΔT > h/2π Δq 這次輪到愛因斯坦說不出話了 愛因斯坦的廣義相對論推翻了他自己。 哥本哈根學派大獲全勝。 玻爾又贏了。 愛因斯坦並不甘心 愛因斯坦不得不承認哥本哈根的解釋是沒有矛盾的，量子力學依靠概率論。但他認為這種統計描述並不是完整的"圖像"。 用愛因斯坦自己的話說，量子力學理論是不完備的，波函數並不能精確描寫單個體系的狀態。它所涉及的是許多體系，只是一個"系宗"。 哥本哈根學派的統計描述只是一個中間階段,應當尋求更完備的理論。 與此類似,玻姆的理論認為： 量子力學之所以是一個統計理論(哥本哈根派的解釋)，是因為存在還未發現的隱變量。個別體系的規律,正是由它們決定。 如果能找出隱變量就可以準確地決定微觀現象每一次測量的結果，而不只是決定各種可能出現的結果的幾率。 也就是說，如果發現隱變量，那麼因果律還是存在的，"上帝不擲骰子"。
歷史影響
愛因斯坦沒有出席第七屆索爾維會議，由於納粹德國的迫害而背井離鄉。 而這次會議的主題已改成原子物理。 量子力學的索爾維會議已經結束了。 然而事情並沒有就此完結。 1935年，薛定諤發表論文《量子力學的現狀》，提出了噩夢般的貓實驗。 對此，哥本哈根學派只能吞下苦水，承認那隻貓是處於"死活混合"的幽靈態。 他們對此的解釋甚至涉及了"意識"。 索爾維會議如一個歷史舞台，見證着量子力學的發展與存在。 愛因斯坦似乎成了"反派」，扮演着與當年那些妄圖推翻相對論的人相似的角色。 而玻爾經受住這些考驗，哥本哈根學派的思想廣泛流傳。