第五次苏威会议

文/张天蓉

由比利时实业家欧内斯特·索尔维创立的物理、化学研讨会——索尔维会议，从1911年的第一次会议开始，每3年举行一届。1927年的第五届索尔维会议是一次“神仙打架”的、最著影响的会议。这届会议汇聚了物理学界在当时最智慧的"明星"，尤其是凸显了对量子力学发展有着深远影响的“玻-爱之争”。

本届索尔维会议之前，从1925年7月到1926年上半年，海森堡、薛定谔相继发表了矩阵力学和波动力学的文章，其间还有狄拉克q-数的文章。在这三架马车的带动下，物理学家们踊跃参加学术会议，争先恐后发文章。各路“量子英雄”奔波辗转于各个大学研究所作演讲报告...。如此种种，标志着量子物理从旧量子论过渡到新量子力学的革命进入到了一个鼎盛阶段。

作为旧量子论代表人物之一的玻尔在时时刻刻整理信息、思考问题。他利用他所创办的哥本哈根研究所吸引一大批年轻人才来此交流思想，更新知识。他还纷纷邀请各方学者专家来访作报告。

1926年9月，狄拉克拜訪哥本哈根，逗留了6个月。但玻尔不适应狄拉克的抽象数学，他的“q-数”令玻尔头痛，因为玻尔感兴趣的是物理概念的定性描述。这一年的10月，薛定谔也受邀来哥本哈根交流。玻尔认为薛定谔方程的数学形式“清晰而简洁，与之前的相比有了巨大进步”。

玻尔在这个时候对量子力学已经有了基本的理解方式，也就是后来被称之为“哥本哈根诠释”的思想基础。他在薛定谔来访期间向他灌输有关原子模型、电子轨道等问题的新观念，然而薛定谔理解电子运动仍然是经典的。薛定谔以为电子遵循他导出的波动方程，可以回归到用经典方法诠释。他不承认电子运动是能量的跳跃式变化。而在玻尔和海森堡看来，在量子的水平上，电子轨道已经没有任何意义，取而代之的只能说是电子的状态在离散的量子态之间瞬时跃迁。

薛定谔不接受哥本哈根学派采用的玻恩的概率解释，他认为波函数是实在可观测的，能反映电子电荷分布密度（这个说法没人同意，包括爱因斯坦），但他又拗不过玻尔。薛定谔始终不接受量子跃迁，最后甚至说：“假如摆脱不了这些该死的量子跃迁的话，那么我宁可从来没有涉足过什么量子力学！”  

一晃就到了1927年。在第五届索尔维会议召开的前夕，即1927年九月，意大利有一个纪念伏打百年忌辰的科莫会议。玻尔借机将他的经过了长时间思考的并协和互补原理在会上讲了一遍。不过，爱因斯坦和薛定谔都没有参加这个会议。

泡利、海森堡、费米参加科莫会议

洛伦兹（Lorentz，1853－1928）仍然担任第五次索尔维会议主席一职。他德高望重已经74岁了，从第一次索尔维会议开始一直担任主席。他积极筹办，确定了第五次索尔维会议主题——“电子与光子”。

从这次与会者们的照片可以看出群贤毕至，濟濟一堂。29人中有17位诺奖得主。不过也有点令人颇感奇怪：卢瑟福和索末菲为什么未到会，还有参与创立矩阵力学的约尔丹也没有被邀请。

到会的都是量子英雄。浪漫一点说，他们各自身怀特技，与会时都带了独门法宝：玻尔有“氢原子模型”，玻恩有“量子概率”，德布罗意有“物质波”，康普顿有“散射效应”，狄拉克的“方程”仍在修炼中，但他也带了“算符”，薛定谔有“波动方程”，布拉格有“晶体”模型，海森堡和泡利有“测不准原理”和“不相容原理”，埃伦费斯特则举着一块“浸渐原理”大招牌。爱因斯坦当然绝顶风光，手握两面相对论大旗，头顶“光电效应”的光环；居里夫人是女中豪杰，紧握“镭和仆”；还有洛伦兹的“变换”、普朗克的“常數”、郎之万的“原子论”、威尔逊的“云雾室”等，等等。 

“电子与光子”是会议的主题，正式会议以两个实验报告开场：小布拉格讲X射线的反射强度；康普顿讲辐射实验与电磁理论不一致的现象（康普顿1923年完成了X射线散射实验，光的粒子性被证实；还有戴维逊和革末1925年证实了电子的波动性）。

演讲之后是讨论。讨论中，哥本哈根的重要成员、玻尔的主要助手克拉默斯（Kramers，1894－1952）针对小布拉格的演讲介绍了他自己的工作；居里夫人在讨论中讲了康普顿效应或许在生物方面有重要应用，产生X射线的高压技术在医学治疗上能找到重要用途。

居里夫人

紧接着是四个重磅的理论报告：德布罗意导波、玻恩和海森堡矩阵力学、薛定谔波动方程，以及玻尔的报告。

对于玻恩将要演讲的统计诠释而言，大家在会前就已经了解到颇具颠覆性。由于在学术观念上的不同，与会者已经分化成了两大阵营：大部分年轻“男孩”物理学家支持新理论、新解释；反对概率诠释的是以爱因斯坦领头的保守派，包刮普朗克、德布罗意、薛定谔等。

德布罗意难以接受统计诠释，但他又抱调和的心态。他演讲时设想波动方程有两个解，一个具有奇点，表示具有颗粒性的微观物质粒子，一个是连续的波动，附着在粒子上引导粒子运动。他称这是“双解理论”，引导粒子运动的波是“导波”（pilot wave），主张用这种方法来诠释波粒二象性。

泡利起初觉得德布罗意的导波很新颖，但仔细一想又认为德布罗意的整个理论不能被接受，因为他重新引入了电子轨道，走的是回头路。 

玻恩演讲的突出之点是统计诠释；海森堡的演讲包括矩阵力学及测不准原理。

薛定谔则讲了他的波动力学与时间无关和相关的方程，及其与矩阵力学的等价性。薛定谔认为他的波函数ψ描述物质的连续分布，其平方表示物质的密度。他如此解释波函数，连德布罗意都不接受。如果每个电子的波包都布满了整个原子还随时间而变化，这是一幅什么样的奇怪图像？

尽管演讲中都涉及到了数学理论和实验验证的问题，但这并无大碍。是否有分歧？主要是物理概念的解释问题。狄拉克与海森堡因波函数塌缩就产生过争论：狄拉克说这是“大自然的选择”，海森堡却认为是“观测者自己”做出选择。这是一个涉及量子测量的问题，至今悬而未决，物理学家们还在争论不休。

激起物理概念之激烈争论的是玻尔的最后演讲。

波尔的演讲为何是最后的报告？原来，会议主持人洛伦兹最初邀请过爱因斯坦做报告，爱氏表示可以讲量子统计。但他后来改变了想法，说自己没有全力以赴地参与量子理论的最新发展，并且也不赞成纯统计的看法，谦虚地表示没有资格作报告。爱氏推荐费米或郎之万代替他讲量子统计，但到最后，费米或郎之万都没有来讲，倒是玻尔愿意讲。但玻尔把演讲的题目改成了“量子假设与原子学说之新进展”，这其实就是他九月在科莫会议上所讲的——如何诠释量子力学的问题。 

爱因斯坦从正式会议开始一直保持沉默，直到玻恩与海森堡的演讲，他才发声建议讨论一下电子通过狭缝投射到屏幕上的衍射。“穿过狭缝的电子可以出现在屏幕上不同的地方，按照概率诠释，则同一过程将会在屏幕上多个地点引起作用”，这就意味着超距作用，违反相对论原理。

当玻尔结束了关于'互补原理’的演讲之后，爱因斯坦又突然发动攻势：“很抱歉，我没有深入研究过量子力学，不过，我还是愿意談談一般性的看法。”然后爱因斯坦用一个关于α射线粒子的例子表示了对玻尔等学者发言的质疑。当然，爱因斯坦在会上的发言是相当温和的，会后的讨论交流也未谈论课题之外的东西。

爱因斯坦与玻尔的争论，基本上是在正式会议结束之后的几天讨论中，已经有了很濃的火藥味。据海森堡后来回忆，常常是在早餐的时候，爱因斯坦设想出一个巧妙的思想实验，以为可以难倒玻尔，但到了晚餐桌上，玻尔就想出了招数，一次又一次化解了爱因斯坦的攻势。最后，他们谁也没有说服谁。

海森堡在1967年的回忆里说：“讨论很快变成了爱因斯坦和玻尔之间的一场决斗：当时的原子理论在多大程度上可以看成是争论了几十年的难题的最终答案呢？我们一般在旅馆用早餐时见面，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哥本哈根解释的内部矛盾。当爱因斯坦、玻尔和我一起去会场时，我可以聆听到两个哲学态度迥异的人的讨论。我们这些年轻人——大多时是我和泡利——就试着分析爱因斯坦的实验。一般来说，是玻尔在傍晚的时候就对爱因斯坦的理想实验完全心中有数了，他会在晚餐时分析给爱因斯坦听。爱因斯坦对他的分析提不出反驳，但在心里他是不服气的。”

玻尔被爱因斯坦的问题难住了

玻尔想出了对策，喜笑颜开  

埃伦费斯特曾在一封信中描述过玻-爱在第五次索尔维会议期间的争论情景：“每晚凌晨1点，玻尔都到我房中来，直到凌晨3点，他只对我说单独的一个词（ONE SINGLE WORD）”。...“我真高兴在玻尔与爱因斯坦交谈时能够在场。就像下棋，爱因斯坦总是有新招。在一定意义上这就是一种破坏测不准关系的第二类永动机……爱因斯坦就像一个盒中的玩偶，每天早晨都精神抖擞地跳出来”。...“玻尔从哲学的烟雾中不断地找出各种工具，来破解这一个个新招”。

布鲁塞尔量子力学发展史上的一个转折点，发轫于这次会议的玻-爱之争，对于量子力学理论的发展无疑有着深远的意义。今天，当你基于如何理解我们的物质世界来回味这段历史，或许你能感悟到什么？！

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