爱因斯坦因果论与波尔互补论

波尔互补论微胜爱氏因果论李富明年级：2009 级；专业：自动化专业；班级：4班；学号：2220092963； 摘要：量子力学建立以后，对于量子力学的物理解释和哲学意义，一直存在着严重的分歧和 激烈的争论。许多著名人物都卷入了这场争论。在这其中，以玻尔和爱因斯坦之间的争论最 为引人注目。爱因斯坦对微观现象和宏观现象之间的本质区别注意不够，把经典理论中他认为是最基 本的东西绝对化，而玻尔把量子力学的表述形式及其几率诠释看成最后的和不可改变的东 西。两人都有偏颇之处。总的来说，玻尔的态度和作法似乎更有说服力些。 关键词：爱因斯坦、波尔、因果论、互补论、量子力学论战引言：玻尔与爱因斯坦的争论，索尔维会议（量子力学论战）。量子力学产生以来，正确性以被大量实验验证。然而，量子力学存在一个重大问题没有 解决：量子力学是否是完备的，波函数是否精确描写了单个体系的状态。量子力学建立以后，对于量子力学的物理解释和哲学意义，一直存在着严重的分歧和激 烈的争论。许多著名物理学家、哲学家、实验物理学家、数学家等都卷入了这场争论。争论 之深刻、广泛，在科学史上是罕见的。在这其中，以玻尔和爱因斯坦之间的争论最为引人注 目。（一）、量子力学的哥本哈根学派互补原理的诠释1921 年玻尔在丹麦哥本哈根创建了理论物理研究所（1965 年改名为玻尔研究所） 。并很 快成为当时国际上公认的物理研究中心。逐渐形成了以玻尔为核心、以哥本哈根的名字命名 的学派。对量子力学的创立和发展做出了杰出贡献，代表人物有玻尔、海森堡、泡利和玻恩 等。玻尔的“互补原理”成了哥本哈根学派诠释量子力学的两大主要支柱之一。1927 年后， 逐渐为大多数物理学家所接受。因此被人们称为量子力学的“正统”解释。互补原理：海森堡认为，测不准关系的存在，表明了位置和动量、时间和能量这些经典 概念在微观领域的适用界限；玻尔则认为这一原理并不表明粒子语言和波动语言的不适用 性，只是表明同时应用它们既是不可能的，但又必须同等应用它们才能对物理现象提供完备 的描述。也就是说，微观粒子具有波粒二相性，正是用经典语言描述微观客体的结果，但经 典理论中波和粒子这两种图象却不能同时存在，它们是相互排斥的，并且，无论是那一种图 象都不能向我们提供微观客体的完整描述；只有把这两种图象结合起来、相互补充，才能提 供微观客体的完整描述。这就是玻尔的互补原理。这种互补概念适用与整个物理学，甚至成 为一种哲学原理。（二）、爱因斯坦的观点以爱因斯坦为首的另一部分物理学家，如薛定谔、德布罗意等对哥本哈根学派的观点提 出了质疑。主要表现在两方面：1、因果性还是几率波？早在1920年1月 27日，爱因斯坦针对泡利反对连续区理论的观点 表示了他自己对“完全的因果性”的信念。1924 年 4 月爱因斯坦给玻恩夫妇的信中，他针 对玻尔关于辐射的波动在本质上是几率波的假设而评论说：“玻尔关于辐射的意见是很有趣 的。但是，我决不愿意被迫放弃严格的因果性，将对它进行更强有力的保卫。我觉得完全不 能容忍这样的想法，即认为电子受到辐射的照射，不仅它的跳跃时刻，而且它的方向都由它 自己的自由意志去选择。”2、量子力学仅可建立在可观察量的基础上？爱因斯坦对这一观点也提出异议。1926 年春天 他在海森堡的一次谈话中，提出了“是理论决定我们能够观察到的东西”的观点。一、波尔更具说服力爱因斯坦对微观现象和宏观现象之间的本质区别注意不够，把经典理论中他认为是最基 本的东西绝对化，而玻尔把量子力学的表述形式及其几率诠释看成最后的和不可改变的东 西。两人都有偏颇之处。总的来说，玻尔的态度和作法似乎更有说服力些。 （一）、爱因斯坦对波尔的不满和持续的批评，主要针对的就是波尔对量子理论解释的“互 补原理”。争论的焦点在于：物理学所遵循的发展规律究竟是传统的因果律和决定论还是波 尔所说的互补性。爱因斯坦依据广义相对论的引力场方程，认为方程的边界条件和各种极限 条件，能够合理、完满的解释包括牛顿万有引力定律在内的“光时间”所确定的宇宙半径内 的物理现象，证明因果律和决定论所确立的场微分方程是符合科学发展规律的。但是，量子力学的“测不准原理”无法用因果律和决定论来解释，也是不争的事实，对 此，爱因斯坦在对批评的回答中说：“从原则的观点上看，这种理论不能使我满意的东 西，便是它对于那在我看来是全部物理学纲 领性目的的态度，这个态度就是：对于任何（单 个的）实在状况（它是不依赖于任何观察或证明行动而存在着的）的完备的描述。”爱因斯 坦还说：“在这种论证 中，我所不喜欢的东西，是那基本的实证主义态度，这种态度，从 我的观点来看，是不能赞同的。我以为，它会变成贝克莱的原则存在就是被感知（esse ets percipi） 样的东西。存在常常被当作某种由我们在精神上构成的东西，也就是 说，某种我们自由假设的东西（在逻辑的意义上）。”爱因斯坦认为： “在宏观领域中，人 们必须坚持空间和时间中实在的描述这个纲领。”（二）、不难看出，爱因斯坦对波尔的批评，首先没有建立在对“测不准原理”进行合理的 解释的基础上，而是建立在他所谓的“在宏观领域中，人们必须坚持空间和时间中实 在的 描述这个纲领”的基础上。客观地说，波尔的互补原理如果限制在量子理论的范围内，并没 有背弃爱因斯坦所说的“纲领”，因为互补原理所强调的是：波和粒子不可能同时在一个实 验中存在，因此不可能由一个单一的图景来反映，只有通过两个实验的互补才能反映量子现 象的完整实在。应该说，波尔对量子理论的这个解释，所依据的是经过实验证明的“测不准 原理”；爱因斯坦在没有对“测不准原理”进行任何理论解释的情况下，就批评波尔，显然 是欠妥的。其次，波尔所强调的微观客体和测量仪器之间的“原则上不可控制的相互作用”，真象 爱因斯坦认为的那样“变成贝克莱的原则存在就是被感知（esse ets percipi） 样的 东西”吗？量子的存在，如果按照爱因斯坦所坚持的因果论和决定论那样，是无法在一个图 景中加以描述的，那么量子的存在，到底是空间 时间坐标的形式还是动量守恒定律的形式 呢？到底什么形式符合爱因斯坦所执意认定的“纲领”？测量仪器所反映的微观客体状态，就是微观客体的真实的状态吗？测量仪器的精密程度 对测量者的判断难道真的没有任何影响吗？如果真是这样，爱因斯坦该怎么解 释普通天文 望远镜和射电天文望远镜所观测的宇宙为什么会存在差异？到底哪种形式的观测符合他的 十分主观的“纲领”呢？如果爱因斯坦的主观意志就是物理学应 该遵循的纲领的话，那他 才真正属于自己所说的“变成贝克莱的原则存在就是被感知（esse etspercipi） 样 的东西”。爱因斯坦不会不知道，微观客体和测量仪器之间的关系，比射电天文望远镜与天 体之间的关系更加复杂，在某种程度上讲确实是 “原则上不可控制的相互作用”；当今所 能做的也只能是：尽可能地提高观测仪器的精密程度，使观测和仪器之间的“不可控制作 用”尽可能减小，但只要人对客体 的观测是间接的而不是直接的，那么“不可控制作用” 就会存在，不可能百分之百地消除。二、互补性提出时的背景当量子力学的数学表达形式在1924 1926年间基本上确立以后,M.玻恩很快地提出了 波函数的几率诠释（统计解释），而W.K海森伯也紧接着提出并按照自己的理解阐述了他的 测不准原理（即不确定关系）。这两种相互关联的看法构成了哥本哈根学派的重要内容,而作 为哥本哈根学派的精神领袖玻尔,也就立足于这一基础上提出了他的“互补性”观点（后来 被称为“互补原理”）,并逐步发展建立起他的“互补哲学”。海森伯测不准原理的提出,引起了一系列的哲学诘疑和争议，人对事物的认识有没有最 终的界限，物质微观运动的基本规律统计性是否是实质性的，是否必须放弃或推广决定论或 因果原理，微观客体和测量仪器之间到底是什么样的关系，量子力学能否看成一种完备的理 论的等等问题。玻尔在1927年首次提出的互补性观点就是企望回答这许多问题。按照玻尔的看法，追究 既互斥又互补的两个方面中哪一个更根本，哪一个是中心是主要的方面是毫无意义的;人们 当且仅当把所有的方面连同有关的条件咸皆搜索其内，方可得到事物的完备描述。五、结论爱因斯坦对微观现象和宏观现象之间的本质区别注意不够，把经典理论中他认为是最基 本的东西绝对化，而玻尔把量子力学的表述形式及其几率诠释看成最后的和不可改变的东 西。两人都有偏颇之处。总的来说，玻尔的态度和作法似乎更有说服力些。爱因斯坦和玻尔的争论，使量子力学的意义不断得到澄清，一步步逐渐深入的揭示了量 子力学的本质含义。这场争论也是量子力学发展的一个组成部分。这个争论的一个中心论题 是：科学规律本质上是因果性的，还是概率性的？这场争论并没有破坏他们的友谊，他们相互尊重，为后人树立了榜样。当代物理学家惠勒（J.A.Wheeler）说：“我不知道哪里还会再出现两个更伟大的人物，在更高的合作水平上，针对一个更深刻的论题，进行一场为时更长的对话。”关于量子力学的解释涉及许多哲学问题，其核心是因果性和物理实在问题。按动力学意 义上的因果律说，量子力学的运动方程也是因果律方程，当体系的某一时刻的状态被知道时， 可以根据运动方程预言它的未来和过去任意时刻的状态。但是量子力学对决定状态的物理量 不能给出确定的预言，只能给出物理量取值的几率。在这个意义上，经典物理学因果律在微 观领域失效了。量子力学表明，微观物理实在既不是波也不是粒子，真正的实在是量子态。真实状态分 解为隐态和显态，是由于测量所造成的，在这里只有显态才符合经典物理学实在的含义。微观体系的实在性还表现在它的不可分离性上。量子力学把研究对象及其所处的环境看作一个整体，它不允许把世界看成由彼此分离的、独立的部分组成的。玻尔：谁如果在量子面前不感到震惊，他就不懂得现代物理学；同样如果谁不为此理论 感到困惑，他也不是一个好的物理学家。总之，量子力学冲破了经典物理的局限，迅速发展起来，成为我们研究微观世界的有力 武器。普朗克、卢瑟福、玻尔、德布罗意、薛定谔、海森堡等科学家为追求真理而勇于探索 的精神，成为我们学习的榜样。参考文献：1、李群；玻尔哲学思想探微J；东方论坛；1995年02期；2、王立；伟大的科学家玻尔J;通化师范学院学报；2002年05期；3、胡长生，王建敏；论玻尔的互补方法J;江西科技师范学院学报；2002年03期4、 库兹涅佐夫 爱因斯坦与玻尔 科学与哲学 1983(2)5、姜波，何卫东；互补原理与玻尔一一爱因斯坦之争J;昌潍师专学报；1998年05期6、 尼耳斯.布莱依耳 和谐与统一-尼耳斯.玻尔的一生 东方出版中心 1998The poll of Einsteins theory of complementary win causal theoryGrade: level 2009; Professional: automation major; Class: class 4; Student id: 2220092963; Abstract: after the establishment of quantum mechanics, for quantum mechanics of the physical interpretation and philosophy meaning, there has been a serious differences and heated debate. Many famous people are all involved in the debate. In this among them, the debate between the Bohr and Einstein most noticeable.Einstein on micro and macro phenomenon between the phenomena of the essential difference between note is not enough, the classic theory he thinks is the most basic things hard-core, and the quantum mechanics Bohr the expressions of chance and interpretation of the final and not as change things. Two people have biased place. In general, attitude and practice of the Bohr seems more convincing some.Keywords: Einstein, a poll, causal theory, complementary theory, quantum mechanics controversies