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| 索尔维会议 |
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中文名: 索尔维会议 外文名: 法语：Conseils Solvay 背 景: 二十世纪初 创 立: 欧内斯特·索尔维 第一届时间: 1911年 第一届地点: 布鲁塞尔 次 数: 每3年举行一届 成 果: 量子力学的讨论 领 域: 物理、化学 |
索尔维会议是20世纪初一位比利时的实业家欧内斯特·索尔维创立的物理、化学领域讨论的会议。 1911年，第一届索尔维会议在布鲁塞尔召开，以后每3年举行一届。1927年，第五届索尔维会议在比利时布鲁塞尔召开了，因为发轫于这次会议的阿尔伯特·爱因斯坦与尼尔斯·玻尔两人的大辩论，这次索尔维峰会被冠之以“最著名”的称号。 一张汇聚了物理学界智慧之脑的“明星照”则成了这次会议的见证，数十个涵盖了众多分支的物理学家都留下了他们的身影，爱因斯坦、玻尔更是照片的灵魂人物。[1]
会议背景
二十世纪初，实业家欧内斯特·索尔维创立了索尔维会议。 1911年，第一届索尔维会议在布鲁塞尔召开，以后每3年举行一届。 1927年，第五届索尔维会议在比利时布鲁塞尔召开了，因为发轫于这次会议的阿尔伯特·爱因斯坦与尼尔斯·玻尔两人的大辩论，这次索尔维峰会被冠之以“最著名”的称号。 一张汇聚了物理学界智慧之脑的“明星照”则成了这次会议的见证，数十个涵盖了众多分支的物理学家都留下了他们的身影，爱因斯坦、玻尔更是照片的灵魂人物，被称为是物理学的“全明星”合影！ 虽然已经过去将近一百年，但是至今没有第二张照片能出其右。
参会人员
爱因斯坦 爱因斯坦，美籍德国犹太裔，理论物理学家，相对论的创立者，现代物理学奠基人。 1921年获诺贝尔物理学奖，1999年被美国《时代周刊》评选为“世纪伟人”。 爱因斯坦曾经是量子力学的催生者之一，但是他不满意量子力学的后续发展，爱因斯坦始终认为“量子力学（以波尔为首的哥本哈根诠释：“基本上，量子系统的描述是机率的。一个事件的机率是波函数的绝对值平方。”）不完备”，但苦于没有好的解说样板，也就有了著名的“上帝不掷骰子”的否定式呐喊！爱因斯坦到过世前都没有接受量子力学是一个完备的理论。爱因斯坦还有另一个名言：“月亮是否只在你看着他的时候才存在？” 1927年10月参加第五届布鲁塞尔索尔维物理讨论会，开始同哥本哈根学派就量子力学的解释问题进行激烈论战。发表《牛顿力学及其对理论物理学发展的影响》。 M·普朗克 第五届索尔维会议讨论的核心是有关量子力学的，而追溯量子力学就不得不提及一个人，那便是马克斯·普朗克（Max Planck1858～1947，前排左二），德国物理学家，“量子力学之父”。 参加这届索尔维会议时他已经69岁，德高望重，是当然的前辈。 19世纪末，扬弃古典物理学的观念已提上日程。因而消除牛顿力学和麦克斯韦电磁场这两大理论之间的不一致，就成为二十世纪物理学发展的前提。普朗克此时提出了一个大胆的假说，在科学界一鸣惊人。这一假说认为辐射能（即光波能）不是一种连续的流，而是由小微粒组成的。他把这种小微粒叫做量子。普朗克的假说与经典的光学学说和电磁学说相对立，使物理学发生了一场革命，使人们对物质性和放射性有了更为深刻的了解。 H·A·洛伦兹 荷兰物理学家亨德瑞克·安图恩·洛伦兹（Hendrik Antoon Lorentz，1853—1928，前排左四），在莱顿大学任教期间创立了电子论，并与塞曼因研究磁场对辐射现象的影响，发现塞曼效应，分享了1902年度诺贝尔物理学奖。 1904年他提出著名的洛仑兹变换公式，并指出光速是物体相对于以太运动速度的极限。 洛伦兹不仅是物理学界的明星人物，由于其通晓人文地理，且掌握多门外语，是国际物理学界的各种集会很受欢迎的主持人，此次物理学家的峰会便是由其主持。 P·朗之万 这些物理界的明星人物中，有一人还对中国物理学会的成立起过积极的作用，那便是保罗·朗之万（Paul Langevin，1872—1946，前排右四）。 朗之万生于巴黎，1905年他看到爱因斯坦的论文后，对相对论表示了浓烈的兴趣，并和爱因斯坦结下了深挚的友谊。他形象地阐述相对论并作了大量宣传工作，因而有“朗之万炮弹”的美称。 1931年，正值“九一八事变”发生，朗之万受国际联盟委托来中国考察教育，对中国人民的抗日活动表示声援。他甚至呼吁中国物理学界联系起来，催化了当时酝酿已久的中国物理学会成立。朗之万本人也成为中国物理学会第一位名誉会员。 P.埃伦费斯特 埃伦费斯特（P.Ehrenfest，1880－1933，后排左三），荷兰物理学家。如果说，玻尔的对应原理是在经典物理学和量子力学之间架起的一座桥梁，那么埃伦费斯特的浸渐原理则是两者之间的又一座桥梁。 1906年，埃伦费斯特开始研究普朗克辐射定律的统计力学基础。爱因斯坦对他的思想评价颇高，1914年称埃伦费斯特的原理为“浸渐假说”。玻尔也充分肯定埃伦费斯特的贡献，承认在自己后来的工作中浸渐原理起了很重要的作用。 P.A.M.狄拉克 保罗·阿德里·莫里斯·狄拉克（Paul Adrien Maurice Dirac，1902－1984，中排左五）是一位英国物理学家。他长期从事科学研究，创立量子电动力学；1928年建立“狄拉克方程”，即相对论形式的薛定谔方程；这个貌似简单的方程式从理论上预言了正电子的存在，具有划时代的意义；它对原子结构及分子结构都给予了新的诠释。 1935年他曾来中国，在清华大学讲学，并曾被选为中国物理学会名誉会员。 P.德拜 彼得·德拜（Peter Debye，1884－1966，中排左一），是出生于荷兰的美国物理化学家，发明了著名的德拜相机，使得X光材料分析成为一门课程。 1936年，因通过偶极矩研究及X射线衍射研究对分子结构学科所作贡献而获诺贝尔化学奖。 M.居里夫人 物理学，在通常的认识中是被男性占据的领地。梦之队差一点又将佐证这一常识，但偏偏就有那么个“出格”的人打破了这一“神话”，那便是居里夫人。 1867年出生的玛丽·斯可罗多夫斯·居里（Marie Curie，1867－1934，前排左三）尽管受教育较晚，却一点都没阻拦她在物理学、化学等领域的研究和所作的贡献。 居里夫人凭着坚韧的精神前进在严肃的学术领地中，她选择“放射性”作为其一生要攻克的领地，研究了许多物质，发现钍及其化合物的特性与铀相同。研究沥青铀矿时，她发现了镭和钋。 1910年她成功地分离了纯镭。 因居里夫人的突出贡献，她曾两次获诺贝尔奖，1903年的物理奖，1911年的化学奖。 与会人员 后排左起：A.皮卡尔德（A.Piccard）E.亨利厄特(E.Henriot）P.埃伦费斯特（P.Ehrenfest） Ed.赫尔岑（Ed.Herzen） Th.顿德尔（德康德）（Th. de Donder） E.薛定谔（E.Schrodinger） E.费尔夏费尔德（E.Verschaffelt） W.泡利（W.Pauli） W.海森堡（W.Heisenberg） R.H.否勒（R.H.Fowler） L.布里渊（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.克莱默（H.A.Kramers） P.A.M狄拉克（P.A.M.Dirac） A.H.康普顿（A.H.Compton ） L.德布罗意（L. de Broglie） M.波恩（M.Born） N.玻尔（N.Bohr ） 前排左起：I.朗缪尔（I.Langmuir） M.普朗克（M.Planck M.居里夫人（Mme Curie ） H.A.洛伦兹（H.A.Lorentz ） A.爱因斯坦（A.Einstein） P.朗之万（P.Langevin） Ch.E.古伊（Ch.E.Guye） C.T.R.威尔逊（C.T.R.Wilson） O.W.里查逊（O.W.Richardson）
会议阵营
哥本哈根学派 该届索尔维会议上有三大阵营。以玻尔为中心的便是哥本哈根学派，年轻、激情是他们的标签，因而被称为反叛的一群。其中有尼尔斯·玻尔、马克斯·玻恩、海森伯、沃尔夫冈·泡利等。 尼尔斯·玻尔（Niels Bohr，1885－1962，中排右一），在量子力学的发展上提出了具有突破性的“对应理论”，成为量子力学的奠基人之一，哥本哈根学派的掌门人。 马克斯·玻恩（MaxBorn，1882－1970，中排右二）是德国理论物理学家，量子力学的奠基人之一。从1923年开始，他致力于发展量子理论。由于他从具体的碰撞问题的分析出发，提出了波函数的统计诠释波函数的二次方代表粒子出现的概率，于1954年获得了诺贝尔物理学奖。 同为德国人的海森伯（Werner Karl Heisenberg，1901－1976，后排右三）是量子力学第一种有效形式（矩阵力学）的创建者，他更是为后人留下了一个神秘诡谲的“海森伯之谜”（后称为“不确定关系”）。1929年，他同W.E.泡利一道曾为量子场论的建立打下基础 ，首先提出基本粒子中同位旋的概念。1932年获诺贝尔物理学奖。“二战”期间，纳粹德国召集众多科学家研制原子弹，海森伯是其中核心人物，但最后德国并没有造出原子弹，有一说法正是海森堡没有尽全力，但海森伯本人一直拒绝披露其中的真相。 美籍奥地利科学家沃尔夫冈·泡利（Wolfgang Pauli，1900－1958，后排右四）是迎着20世纪的曙光来到世界的，父亲、教父坚深的物理学背景使其从小在物理学的润“物”细无声中成长。泡利是上世纪主要的理论物理学家之一。不相容原理、核子自旋的假设、中微子的假设，以及粒子自旋和统计之间关系的阐述，都是他对物理学的发展作出的卓越的贡献。 哥本哈根反对派 尽管哥本哈根学派所提出的量子力学有无穷的魅力，但爱因斯坦、薛定谔、德布罗意等人还是对此提出了质疑，这些质疑同样促进了量子力学的发展。 阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein，1879－1955，前排正中）的名字与相对论是截然不可分的，不过这位20世纪最有智慧的头脑还提出过光量子，他和马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔一样为量子力学最初的发展做出了巨大贡献。在这张照片中，他居于最突出的位置，可见他当时的地位。 埃尔温·薛定谔（Erwin Schrodinger，1887－1961，后排右六）是奥地利理论物理学家。20世纪20年代，因为量子力学的发展，薛定谔的名字与爱因斯坦、玻尔、玻恩、海森堡等捆在了一起，而那只半死半活的“薛定谔的猫”更是科学史上著名的怪异形象之一。1933年，薛定谔因建立描述电子和其他亚原子粒子的运动的波动方程，获得诺贝尔物理奖。在爱因斯坦和玻尔的论战中，他是支持爱因斯坦最有力的科学家。 路易斯·德布罗意（Louls－Victorde Broglie，1892－1987，中排右三）是法国著名理论物理学家，物质波理论的创立者。1924年11月，德布罗意在博士论文中阐述了著名的物质波理论，并指出电子的波动性。这一理论为建立波动力学奠定了坚实基础。由于这一划时代的研究成果，使他获得1929年的诺贝尔物理学奖，同时也使他成为第一个以学位论文获得诺贝尔奖金的学者。 实验派 照片中，除以爱因斯坦和玻尔为轴心人物的两大阵营外，还有另一派，那是只关心实验结果的实验派，包括布拉格和康普敦。 康普敦（A.H.Compton，1892—1962，中排右四），他于1922—1923年间研究了X射线经金属或石墨等物质散射后的光谱。在索尔维的峰会上，他倾心于他的实验成果，报告了康普顿实验以及其和经典电磁理论的不一致，而劳伦斯·布拉格则做了关于X射线的实验报告。出现在照片中的威廉·亨利·布拉格（W.H.Bragg，1862－1942，中排左三）便是其父亲，现代固体物理学的奠基人之一。由于在使用X射线衍射研究晶体原子和分子结构方面所作出的开创性贡献，他与儿子分享了1915年诺贝尔物理学奖。
会议过程
量子力学论战 量子力学产生以来，正确性已被大量实验验证。 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。 前奏 哥本哈根学派认为： 1.波函数精确地描述了单个体系的状态。 2.波函数提供统计数据，测不准关系的存在是由于粒子与测量仪器之间的不可控制性。 3.在空间，时间中发生的微观过程和经典因果律不相容。 爱因斯坦对此并不认同，一个没有严格因果律的物理世界是不可想象的。 他认为：量子力学可能出了问题。 一场世纪大辩论即将展开。 第一次论战 第五届索尔维会议召开，主题是光子和电子。 派系 会议分为三派： 实验派：布拉格、 康普顿 哥本哈根学派：波尔波恩、海森伯 爱因斯坦派：爱因斯坦、 德布罗意 、薛定谔 论战展开 德布罗意说：粒子是波场中的一个奇异点，波引导着粒子运动。 泡利狠狠批评这个理论，举出一系列实验结果反驳德布罗意，德布罗意被迫放弃自己的观点。 海森伯和波恩说：我们主张量子力学是完备的，它的基本物理假说和数学假设不能进一步修改。他们攻击薛定谔的电子云。 薛定谔承认自己的计算不完美，但谈论电子轨道是胡扯。 爱因斯坦发言 爱因斯坦终于说话了，他提出一个模型： 一个电子通过一个小孔得到衍射图像。 爱因斯坦指出两种观点： 1.这里没有一个电子，只有一团电子云。 2.的确只有一个电子，波函数是“几率分布”。 爱因斯坦反对观点2，因为： 这种随机性表明同一过程产生不同结果。 即感应屏的许多区域同时对电子观测作出反应。 而这似乎暗示一种超距作用，从而违背相对论。 海森伯的回忆 "讨论很快就变成一场爱因斯坦和波尔之间的决斗。" "我们一般在旅馆用早餐就见面，于是爱因斯坦就描绘一个思维实验，他认为从中可以清楚地看出歌本哈根解释的内部矛盾。" "一般来说玻尔在傍晚的时候就对这些理想实验完全心中有数，他会在晚餐时把它们分析给爱因斯坦听。爱因斯坦对这些分析提不出反驳，但在心里他是不服气的。" 爱因斯坦的失利 爱因斯坦如此虔诚地信仰因果律，以致决不能相信哥本哈根那种愤世嫉俗的概率解释。 "上帝不掷骰子！" 但是第一次论战他输了。输给玻尔的哥本哈根学派。 第二次论战 三年后的秋天，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。 爱因斯坦的算盘 爱因斯坦凭着和玻尔交手的经验知道： 在细节问题上是争不出个什么所以然 他必须得瞄准最关键的精髓所在：不确定性原理! 爱因斯坦提出光箱实验 箱子里有若干光子。 打开时间Δt，只放出一个光子，Δt确定 于是箱子轻了Δm，可以用理想的秤测出 将Δm代入E=mc^2，ΔE也确定 ΔE和Δt都确定，测不准原理 ΔEΔt > h/2π不成立 这个实验的精髓所在是： 在精确测量Δt时，可以精确测量Δm 而Δm可以由质能方程转化为精确的ΔE ΔE，Δt都是精确的，测不准关系失效了 玻尔对此毫无准备，他脸如死灰，呆若木鸡 第二天，玻尔的胜利到来了 玻尔指出： 一个光子跑了，箱子轻了Δm 用弹簧秤称，设置零点,设位移Δq 根据广义相对论的红移效应,箱子在引力场移动Δq，Δt也相应改变ΔT 可以计算：ΔT>h/Δmc^2 代入E=mc^2得ΔEΔT > h/2π Δq 这次轮到爱因斯坦说不出话了 爱因斯坦的广义相对论推翻了他自己。 哥本哈根学派大获全胜。 玻尔又赢了。 爱因斯坦并不甘心 爱因斯坦不得不承认哥本哈根的解释是没有矛盾的，量子力学依靠概率论。但他认为这种统计描述并不是完整的"图像"。 用爱因斯坦自己的话说，量子力学理论是不完备的，波函数并不能精确描写单个体系的状态。它所涉及的是许多体系，只是一个"系宗"。 哥本哈根学派的统计描述只是一个中间阶段,应当寻求更完备的理论。 与此类似,玻姆的理论认为： 量子力学之所以是一个统计理论(哥本哈根派的解释)，是因为存在还未发现的隐变量。个别体系的规律,正是由它们决定。 如果能找出隐变量就可以准确地决定微观现象每一次测量的结果，而不只是决定各种可能出现的结果的几率。 也就是说，如果发现隐变量，那么因果律还是存在的，"上帝不掷骰子"。
历史影响
爱因斯坦没有出席第七届索尔维会议，由于纳粹德国的迫害而背井离乡。 而这次会议的主题已改成原子物理。 量子力学的索尔维会议已经结束了。 然而事情并没有就此完结。 1935年，薛定谔发表论文《量子力学的现状》，提出了噩梦般的猫实验。 对此，哥本哈根学派只能吞下苦水，承认那只猫是处于"死活混合"的幽灵态。 他们对此的解释甚至涉及了"意识"。 索尔维会议如一个历史舞台，见证着量子力学的发展与存在。 爱因斯坦似乎成了"反派”，扮演着与当年那些妄图推翻相对论的人相似的角色。 而玻尔经受住这些考验，哥本哈根学派的思想广泛流传。