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哥本哈根学派创始人:不会踢足球的物理学家不是一个牛逼的教育家,与爱因斯坦相爱相杀

2019-08-27  hercules0...

超模君就来讲讲这个建立了哥本哈根学派,拿过诺贝尔物理学奖,跟爱因斯坦相爱相杀的物理界男神玻尔!


尼尔斯·玻尔


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足球?物理?


1885年,玻尔出生在丹麦的哥本哈根,父亲是哥本哈根大学的生理学教授,母亲出身于一个富有的犹太人家庭,弟弟后来成为了剑桥大学的数学教授。


玻尔一家

?#26377;。?#22825;赋异禀的玻尔不仅是当地有名的学霸,还特别擅长运动,俗称“别人家的小孩”。


1903年,18岁的玻尔,以优异的成绩考入了丹麦排名第一的哥本哈根大学,专攻物理,业余时间还玩得一手好球!

本以为玻尔会一直专心致志地研究物理,没想?#22870;?#29699;探发掘,和弟弟哈那德·玻尔一起成为了著名足球运动员,两?#20540;?/span>(一个主力门将,一个主力前锋)称霸丹麦足坛。

哈那德·玻尔和尼尔斯·玻尔

1908年伦敦?#30053;?#20250;,弟弟代表丹麦夺得了足球银牌;而哥哥只能候补,作壁上观。

至于玻尔为什么被列为后补,那就有点意思了!

听说别家队伍正在外围努力远射时,作为主力门将的玻尔却在比赛途中,倚在门柱边思考数学题

赛后还被别人发现,那个门柱被写满了各种公?#21073;?#20197;至于教练一气之下,把玻尔列到后补去了!


后来,两?#20540;?#19981;再玩足球了,弟弟哈那德·玻尔摇身一变,成为了剑桥大学的数学教授,还建立起周期函数研究的主要基础。

而哥哥尼尔斯·玻尔则开创了哥本哈根学派,后来还成为科学史上,与爱因斯坦一时瑜亮的超级巨星。


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哥本哈根学派创始人


1913年,玻尔开始研究原子辐射问题,写出了具有划?#36125;?#24847;义的长篇论文——《论原子和分子的结构》,提出了量子不连续性,成功地解释了氢原子和类氢原子的结构和性质,构建了原子结构的玻尔模型。

这也是首次将量子概念应用于原子、分子结构中得到的成果,玻尔不仅因此获得了1922年的诺贝尔物理学奖从普朗克手里接了棒,正式成为了新一代量子力学的掌门人

普朗克


虽说玻尔一战成名,但在自己国家,?#23545;?#19981;及“著名足球运动员”这个头衔出名,毕竟当时丹麦报纸普遍采用的标题是:《著名足球运动员尼尔斯·玻尔被授予诺贝尔奖》
1920年9月,玻尔一心筹建的哥本哈根理论物理研究所(即玻尔研究所)终于建成。

哥本哈根理论物理研究所

令人意想不到的是,这个研究所刚建成不久,便吸引了无数热爱物理的?#26165;?#20154;以及世界知名物理学家。
海森堡、克拉迈尔斯、狄拉克、泡利、赫韦希、哈尔特?#23567;?#26391;道、派耶尔斯、周培源等无数位杰出物理学家都曾来到这里进行学术研究。

朗道、泡利周培源

所以,常常会有人问玻尔,为什么能够聚集那么多有才能的?#26165;?#20154;?

一向不拘小节的玻尔如此回答:没有什么秘诀,只有一点是清楚的,我不?#30053;諛昵?#20154;面前承认自己的无知。
无论是评论一篇最近发表的文章,还是向大家介绍个人所做的工作,研究人员都可?#36816;?#24515;所欲地发表个人见解。

正如玻尔所说:“不仅要依?#21487;?#25968;科学家的能力与才华,而且要不?#34900;?#25910;相当数量的?#26165;?#20154;,让他们熟悉科学研究的结果与方法。只有这样,才能在最大程度上不?#31995;?#25552;出新问题。通过青年人他们自己的贡献,新的血液和新的思想就不?#31995;?#28044;入科研工作。


在这样平?#21462;?#33258;由、团结的学术研究氛围下,很多物理学最深奥的问题都得以解决,就这样慢慢形成了“哥本哈根学派”。


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玻爱”之争



说到这,就不得不提到物理界的另一位男神——爱因斯坦,两人相爱相杀,在物理界“撕了大半辈子的逼”。

1920年,玻尔与爱因斯坦相识于德国柏林,初次见面,其乐融融。


不过,至此之后,他们两个便围绕关于量子力学理论基础的解释问题开始了终身论?#21073;?#21482;要一见面,就会唇枪舌剑,辩论不?#36873;?/span>

而“玻爱之争”最负盛名的三个回?#24076;?#20998;别是在1927 年、1930 年以及1935年的索尔维会议上。

  第一回合  

我们先来看看1927年的第五届索尔维会议合影,可谓是前无古人后无来者的物理盛会。
爱因斯坦举着相对论大旗,?#33539;?#20809;电效应的光环,玻尔高举着他的“氢原子模型”,玻恩口口声声念叨着“概率”,德布罗意骑着他的“波”,康普顿西装上印着“效应”二字,狄拉?#24605;?#30528;一个“算符”,薛定谔挎着他的“方程”,身后还藏了一只不死不活的“猫”,布拉格手提“晶体结构”模型,海森?#36864;?#30340;同窗好友泡利形影不离,两人分别握着“不?#33539;?#21407;理”和“不相容原理”,埃伦费斯特也紧握他的“浸渐原理?#36125;笳信疲?#36824;有居里夫人“镭和钋”、洛伦兹的“变换”、普朗克的“常数”、?#25163;?#19975;的?#38712;?#23376;论”、威耳逊的?#38712;?#38654;?#25671;?#31561;?#21462;?/span>


迄今为止物理界最豪华阵容

这次会议分成两派,一派是以爱因斯坦为首的理论物理学家(薛定谔、德布罗意等),一派是尔掌门的哥本哈根学派(海森堡、泡利等),?#22870;?#20154;数、实力旗鼓相当。

在本次的索尔维会议上,玻尔首先进攻,基于海森堡提出的不?#33539;?#21407;理作出了大胆的推论:粒子运动的轨迹是不?#33539;?#30340;

海森堡的不?#33539;?#21407;理


爱因斯坦却完全否定海森堡的不?#33539;?#21407;理,认为一个完备的物理理论应该具有?#33539;?#24615;、实在性和局域性。

但玻尔也不含糊,立马反驳,“关键一点在于我们无法分清所看到的到底是原子本身的行为,还是原子与测量仪器之间的作用,在观察存在的伟大舞台上,我们既是观众,又是演员”。

波尔此番推论就像一个重磅炸弹,完全颠覆了传统物理关于“实在”的认识,立即在物理界引起了轩然大波。

对此,爱因斯坦举了个一针见血的例子(一个α 射线粒子的例子):“很抱歉,我没有深入研究过量子力学,不过,?#19968;?#26159;愿意谈谈一般性的看法。”


不过,波尔很快证明了爱因斯坦所举的例子与他的推论并不矛盾。

最终,在1927年索尔维会议上,以玻尔为首的哥本哈根派大获全胜。
但是,在正式会议结束之后几天的讨论中,火药味就浓多了。根据海森堡的回忆,那段时间,爱因斯坦总会在早餐桌上,向玻尔抛出一个又一个的思想实验,但玻尔?#30475;?#37117;能够轻松化解!

  第二回合  

3年后,即在1930年的第六届索尔维会议上,早有准备的爱因斯坦在会上提出了著名的思想实验——光子盒
在这个实验里,时间和能量可以做到同时准确测量,因此,不?#33539;?#21407;理是不成立的。

爱因斯坦的光子盒

走出会场后的玻尔一直在喃喃自语:如果爱因斯坦是对的,那么物理学就完了!”,第二天就基于爱因斯坦自己的相对论,证明了这一个思想实验是有?#27605;?#30340;。

广义相对论

尽管爱因斯坦有被玻尔震惊?#21073;?#20294;还是“嘴硬”地说了句:“量子论也许是自洽的,但却至少是不完备的!”。
虽然玻尔用爱因斯坦的广义相对论回击?#26031;?#23376;盒实验,但心里也是不踏实的,因为他自知这是自?#21644;?#26426;取巧所得到的推论,其中还有很多严格的概念需要澄清。因此玻尔一直耿耿于?#24120;?#30452;到1962年去世,人们发现玻尔实验室的黑板上还留着爱因斯坦光子盒的图。

最终,第二回合的论?#21073;?#20182;们两个谁都没有说服对方,这局就算平局了!


  第三回合  

“玻爱之争”的第三个回?#24076;?#23601;到了1935年,这场论战达到了它的顶峰。

这次,爱因斯坦不再单打独斗,联手波多尔斯基、罗森,抛出了一份题为《量子力学对物理实在的描述是完备的吗?》的论?#27169;?#20854;中设计了一个粒子衰变为两个粒子的判决实验,对玻尔为首的哥本哈根派进行反击。
这一反击就是物理学史?#29616;?#21517;的“Einstein-Podolsky-Rosen疑?#36873;保?#36825;个悖论涉及到微观世界的物理实在问题。

玻尔不是?#36816;?#30340;,面对爱因斯坦等人的反击,以测量仪器与客体实在的不可分性为理由,否定了EPR论证的前提———物理实在的认识论判据,从而否定了EPR实验的悖论性质。

?#19978;?#30340;是,玻尔的异议及其论证有点模糊,所以爱因斯坦等人并不承认玻尔的理论。

爱因斯坦认为,尽管哥本哈根学派的解释与经验?#29575;?#19968;致,但作为一种完备的理论,应该是决定论的,而不应该是或然的、用概率语言表达的理论。

最终,第三回合的论?#21073;?#20063;以平局告终!
而对于这场发生在20世纪最伟大的两位物理学家身上的争论,众多物理学家都给予了高度的评价。

美国物理学家?#24049;病?#24800;勒(John Archibald Wheeler)就曾这样说过:“没有矛盾和佯谬,就不可能有科学的进步。约丽斑驳的思想火花往往闪现在两个同时并存的矛盾的碰撞?#20889;?#20043;中。

?#24049;病?#24800;勒

这两位20世纪最伟大的科学家,就这样一生都未曾停止过相爱相杀,而当事人尔认为这场争论是自己“许多新思想产生的源泉”,爱因斯坦也对玻尔给予了极高的评价:他将大胆和谨慎两种?#20998;?#38590;得地融?#24076;?/span>无疑是我们科学领域最伟大的发现者之一”


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