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【物理学史】第五次索尔维会议
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第五次索尔维会议 这次会议是近代历史上最重要的一次物理学术会议，下图为部分参会人员合影： http://www.baicle.com:8080/cp/re ... FIGURE/wl009031.jpg 1.彼得．德拜 美国物理化学家。1884年出生于荷兰。1901年进入德国亚琛工业大学学习电气工程， 1905年获电子工程师学位，因他通过偶极矩研究及x射线衍射研究对分子结构学科所作贡献而于1936年获诺贝尔化学奖金。1966年逝世。 2.威廉．亨利．布喇格（w.h.bragg，1862－1942）是现代固体物理学的奠基人之一，他早年在剑桥三一学院学习数学，曾任利兹大学、伦敦大学教授，1940年出任皇家学会会长。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w.l.布喇格分享了1915年诺贝尔物理学奖。父子两代同获一个诺贝尔奖，这在历史上恐怕是绝无仅有的。同时，他还作为一名杰出的社会活动家，在二三十年代是英国公共事务中的风云人物。 3. 爱因斯坦是20世纪最伟大的科学家，被公认为人类历史上最具有创造性才智的人物之一。他的名字与相对论密不可分，其实，相对论包括两种理论：其一是他1905年提出声狭义相对论；其二是他1915年提出的广义相对论。后者，我们最好称之为爱因斯坦引力论。 4.埃伦费斯特 ( p. ehrenfest, 1880－1933) ――荷兰物理学家 5.1930年，英国物理学家保罗．狄拉克（paul adrien maurice dirac，1902～1984）用数学方法描述电子运动规律时，发现电子的电荷可以是负电荷、也可以是正电荷的。狄拉克猜想，在自然界中可能存在一种“反常的”带正电荷的电子。 6.薛定谔（erwin schrodinger，1887-1961）奥地利理论物理学家，与爱因斯坦、玻尔、玻恩、海森伯等一起于20世纪20年代后期，发展了量子力学。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1933年诺贝尔物理奖。 7.1922―1923年间，康普敦（a.h.compton l892―1962）研究了x射线经金属或石墨等物质散射后的光谱。 8.美籍奥地利科学家沃尔夫冈．泡利（wolfgang e.pauli，1900～1958），是迎着20世纪一同来到世界的，父亲是维也纳大学的物理化学教授，教父是奥地利的物理学家兼哲学家。 9.海森伯，w.k.（werner karl heisenberg 1907～1976）德国理论物理学家，量子力学第一种有效形式（矩阵力学）的创建者。 10.玻恩，m.(max born 1882～1970)德国理论物理学家，量子力学的奠基人之一。 11.尼尔斯．玻尔(bohr,niels)1885年10月7日生于丹麦首都哥本哈根，父亲是哥本哈根大学的生理学教授．从小受到良好的家庭教育． 1903年进入哥本哈根大学学习物理，1909年获科学硕士学位，1911年获博士学位．大学二年级时研究水的表面张力问题，自制实验器材，通过实验取得了精确的数据，并在理论方面改进了物理学家瑞利的理论，研究论文获得丹麦科学院的金奖章． 12.普朗克，m.（max planck 1858～1947）近代伟大的德国物理学家，量子论的奠基人。 13.居里夫人（1867－1934〕是最著名的女物理学家。她曾两次获诺贝尔奖，1903年的物理奖，1911年的化学奖。她受教育较晚，于1893年获物理学位，1894年获数学学位，1903年获博士学位。局里夫人以放射性作为论文题目，她研究了很多物质，发现钍及其化合物的特性与铀相同。研究沥青铀矿时，她发现了镭和仆。1910年她成功的分离了纯镭。居里夫人对巴黎的局里实验室的建立作出很大贡献。 14.洛仑兹（hendrik antoon lorentz 1853～1928）与塞曼（pietr zeeman 1865～1943）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。 15.朗之万:1872年1月23日生于巴黎，法国著名的物理学家 二战后的科学盛典，1927年第五届索尔维会议，会议主题“电子和光子”，精英齐聚，鸡蛋里挑骨头是少了约尔当和索末菲。 会议议程：首先，劳伦斯·布拉格的X射线实验报告；然后，康普顿报告康普顿实验以及其和经典电磁理论的不一致；接下来，德布罗意做量子新力学的演讲，主要是关于粒子的德布罗意波；随后，波恩和海森堡介绍量子力学的矩阵理论，而薛定谔介绍波动力学。最后，玻尔在科莫演讲的基础上再次作那个关于量子公设和原子新理论的报告，进一步总结互补理论，给量子论打下整个哲学基础。 会议分为三派，只关心结果的实验派：布拉格和康普顿；哥本哈根派：玻尔波恩和海森堡；还有哥本哈根派的死敌：德布罗意薛定谔和爱因斯坦。 会议其实是爱因斯坦和玻尔的“单挑”（爱因斯坦一直反对量子理论），玻尔始终未能说服爱因斯坦接受量子理论-----科学界的遗憾。 [ Last edited by fenghbu on 2007-3-18 at 12:54 ] |
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一切关于量子力学的问题都将在1927年的深秋举行的第五次索尔维会议上作 个了断。出席这次会议的共有32位，他们中很多都是诺贝尔奖金的获得者，包括洛伦兹，普朗克，爱因斯坦，玻尔，玻恩，德布罗意，薛定谔，索末菲，德拜，海森堡，泡利，狄拉克等等。从二十岁到七十岁的都有。 还是在第一次索尔维会议上，洛仑兹就吹响了向微观世界进军的号角。十六年过去了，洛仑兹在有生之年看到新力学诞生的愿望达到了，但是老人出人意料地非常不满意： "在我看来，电子仅仅是个粒子，它在确定的时间，一定处在一个确定的位置，如果有人企图用可笑的几率观点来解释它，那是绝对错误的。" 出席会议的学者中和老洛仑兹持同观点的人实是大有人在。他们不停地鼓掌。 老人越说越激动， "我再也不会相信，现在所谓的科学还会与客观事实相符合。我也不知道我为什么还活着，我只遗憾自己没在五年之前死去，那时这些讨厌的东西至少还没在我眼前出现。" 老人在为经典物理作最后几乎悲壮的辩护。 玻尔沉默不语，他只瞥了一眼坐在左边的爱因斯坦。这时的爱因斯坦早已威名赫赫，但他也是一言不发，只是不停地摆弄着手中的大烟斗。 一直令玻尔惴惴不安的便是此君。在此以前他曾经几次征询过爱因斯坦对量子力学的看法。即便驽钝如玻尔很快也明白爱因斯坦是这种新兴力学最大的敌人，他曾几次在公开场合幽默地宣称：上帝是不掷骰子的。爱因斯坦是笃信上帝一定会给出确定性的解，而不会含糊其词的。 更令玻尔不安的是海森堡和泡利两员大将都还没到。他们出发已经足一个礼拜了呀。 正迟疑间，忽见一高一胖的两个人影从侧门悄悄晃了过来。不用说就是他们两个了。但是一见面玻尔还是吓了一跳，两人俱皆蓬头垢面，胡子也象很久没有刮过了。 原来这二人在转车住旅馆时争论地忘了形，被小偷光顾，结果连手上的行李到随身的车票和剃须刀都没保住。两人狼狈之极，偏偏在附近又没有认识的朋友，在火车站辗转流浪了几天总算赶到了这里。 他们刚坐定，正式的大辩论就开始了。所有的人都想站起来发言，现场的情形用混乱不堪来形容是远远不够的。 在遥远的菲律宾群岛上，有80种不同的语言，有时你跨过田埂就仿佛置身异地，有的语言一共也就十几个人会讲，1927年的量子力学就是这个情形。 这场辩论从会场一直持续到咖啡馆里。不管是店主还是服务员都惊讶地看着这群人或者高声争辩，或者用手蘸着咖啡在桌子上画着些奇怪的符号。 更有一位教授顺手掏出钢笔就在桌布上演算起来，昏暗的灯光下居然将偌大的桌布写得密密麻麻，但尽管如此仍未说服他 的对手。最后他只得徒然地直起腰，转眼瞥见店主望着桌布痛惜的神情，走过去拍拍肩膀安慰道，老兄，留着这块桌布吧，这可是有很大的纪念意义呢！ 当地的新闻记者们也都不明白这些人聚在这里为什么，公园球场里的冠军杯足球赛，各大剧院上演的最新歌剧，更多地吸引了他们的目光。可是在报告厅里的每一个人，都抑制不住心头的狂喜，一个全新的量子时代就要到来了。 第二天的情势仍然没有好转，大家都企图让对方接受自己的语言，玻尔的口拙舌笨是出不上力的，但是泡利的铁嘴钢牙倒是派上了用场。洛仑兹用力拍着桌子，竭力使会场的气氛冷静下来，但是没有效果，后来艾伦费斯特--他是玻尔和爱因斯坦的好友，干脆跑到讲台上，写下几个大字：上帝真的使人们的语言混乱了！ 台下的人先是一阵惊愕，然后都会意地笑了起来，这是圣经上的一段典故：从前所有的人都是说一种语言的，后来这群人迁徙到东方的一片草原上来，决定修建高耸入云的巴比伦塔。上帝看到这个情形大为恐慌，看来如果人只要齐心协力，世界上没什么事情难得倒他们了。于是上帝把人分散到各个角落，并说种种不同的语言。 不过上帝的阴谋这次并未得逞，经艾伦费斯特这一闹，大家的秩序反倒好多了，你推我让地轮流上台讲。 轮到玻尔时，他小心翼翼地开了头："在最近几年里，我们都在一个全新的领域里进行探索，只有依靠自己精细的判断，才能避免落入遍布四周的陷阱里，首先，在这里我们应该感谢那些为我们奠定基础和提供工具的前人们。" 然后他竭力用优美的语言表述了自己对量子力学基本原理的一些看法。玻尔一边说着，一边细心观察底下人们的表情。大部分人对这种崭新的处理方法很感兴趣，连爱因斯坦也不时地点点头。 但当玻尔讲到关键的几率解释时，观众的表情开始变的不以为然，爱因斯坦也是眉头紧锁，手里的烟斗也放在了一边。 到散会时，玻尔紧走几步跟上爱因斯坦，小声地问道他对量子力学的几率解释的看法。爱因斯坦稳稳地站定，摘下口中的烟斗，正色道："对不起，玻尔先生，请恕我难以苟同。"玻尔的脸色立时难看了起来，急忙补充道："爱因斯坦先生，希望您再好好考虑一下。" "我会的。"爱因斯坦点头示了下意，然后扭身就走了。 爱因斯坦果然认真考虑了这个问题，就在随后的讨论会上他就开始向玻尔发难。 他首先准备攻击的是测不准原理，采用的方法是以其人之道还治其人之身，还是用思想实验展开对攻。爱因斯坦是思想实验的大行家，技巧之娴熟古今无双。 爱因斯坦走到黑板前，画了一条线，中间留有一个小口，表示狭缝，旁边另外画条线表示底片。他承认当电子射过狭缝时，并不能准确预言电子会打在底片的哪一部分。但是它如果落在A点，就一定不可能落在B点，所以我们如果精确控制电子的能量和速度，就一定知道电子会落在何处。 玻尔的头脑此刻变得出奇的灵光起来，他马上也走上讲台，在缝隙的周围添了几根线，表示一个可开可闭的小窗，指出这扇小窗当然能减少光子碰撞对电子能量的影响，但是结果是电子变得模糊不请了，显然它的位置和速度是不能够同时确定的。 爱因斯坦眯起眼想了一会，又在黑板上加画了一条狭缝，和原来的狭缝平行，电子总不可能分身为二吧，这样在打到底片上之前我们就可以断定究竟是经过哪条狭缝了，如此说来不就可以精确控制电子的落点了么？ 然而玻尔微笑着打断了他，"然而且慢，爱因斯坦先生，我提请您注意加上第二条缝时产生的衍射现象。"爱因斯坦登时哑口无言。 整个讨论会已经演化成两个巨人的拳击赛。爱因斯坦的几记重拳都让玻尔灵巧地闪避了过去。直到太阳落山两位巨人的交锋仍然未果，爱因斯坦的几种设想都被否决了，可是两人之间的分歧相比来时并不见得小。 最后爱因斯坦长长叹了口气，将粉笔重重掷在地上，深邃的目光直直地盯向窗外，然而片刻之后，他又显得神情焕发，短促地说道："那就等到明天吧！就明天。" 可怜的玻尔为了这句话通宵未眠。他的房顶上就是爱因斯坦的卧室，直到很晚还可以听到上面传来踢蹋的皮鞋声。他可以想象爱因斯坦嘴里含着烟斗，右手食指卷着头发走来走去的情形。玻尔慢慢觉得自己的心跳都快和这皮鞋单调的节奏合拍了，就在此时，楼上突然静寂了。 玻尔的心中当时就是一寒。 尽管玻尔作了最充分的准备，但是当爱因斯坦在黑板上草草几笔画出了装置图后，玻尔立时脸色惨白，向后退了几步，身后离他最近的海森堡听到他的轻声呻吟："我的上帝呀！"这是在玻尔身上可真是罕见。这位绅士从来都是一副胸有成竹，智珠在握的神情，不管他在哥本哈根的讨论会上被一群人年青人围攻，还是面对那出奇倔强的薛定谔教授，都没有出现今天这个样子。 爱因斯坦有条不紊地向观众们解说他的理想装置，一个盒子，侧面开有一个小洞，洞内放有一块挡板，再往内是一个可以自由控制挡板的机械钟，小盒的重量是可以测出来的。 这个盒子内放有放射性物质，某一时刻在钟的控制下将放出一个粒子，这样粒子跑出来的时间就可以精确地测量出来。另外即使跑掉一个粒子，小盒的重量依旧可以测量出来，根据爱因斯坦那大名鼎鼎的质能公式 ，就可以计算出减少的能量。 如此一来时间和能量都可以毋庸质疑地同时准确测定，测不准原理就象气球一般轻轻地戳破了。 爱因斯坦不到一分钟就说完了他的想法，然后退在一旁，笑吟吟地望着玻尔，面有得色。 全场的目光都集中在玻尔身上，而玻尔已经呆住了，他只嗫喏地说了几句"但是，但是……"就没有下文了。 最后人们在迷惑的神情中散了会，玻尔象孩子一般紧跟着爱因斯坦，急切地反复说道："这可不行，绝对不行，如此一来世界可真要乱套了！" 爱因斯坦微微一笑，也不说话，只是伸出右手，宽慰地拍了拍玻尔的肩膀。 今天晚上失眠的倒也不光是玻尔，爱因斯坦也打开窗户紧张地向楼下看去。楼下的人们似乎根本没有睡觉的意思，灯火通明，而且泡利那锐高亢的讥笑声和玻尔沉着的辩驳声远远传了出去。 等爱因斯坦一觉醒来，楼下的争辩似乎还在继续。看来他们是没有办法扳回了，他安心地刷完牙，用完早点，最后一个走入会场，却奇怪地发现玻尔在黑板前垂手而立，看来他已经很等了一会了。 而且玻尔的神色镇定，似乎找到了解决办法。怎么可能呢？爱因斯坦惊疑不定地坐到自己的座位上。 玻尔转身在黑板上画出更详细的装置图，他在盒子上方加了一根弹簧，侧面又多了根指针，这样通过指针的转动就可以读出小盒的重量来了。 玻尔抬头看了一眼爱因斯坦，见他点头默许之后，突然大声说道，大家一定知道十几年前爱因斯坦先生发表的广义相对论吧！人们都议论纷纷，相对论怎么也和这扯上关系了呢？玻尔莫非昏了头，在爱因斯坦这种大行家面前谈论相对论。 爱因斯坦似木雕一般坐了良久，突然胡子稍稍一动，跟着脸上流露出遗憾万分的表情。 他自己也终于知道问题在哪了，玻尔察言观色，心下一阵窃喜。他清了清喉咙，继续他的讲演，那么我们应该很清楚，当粒子跑出之后，小盒重量减少。可是我要提请大家注意，在弹簧的拉动之下小盒会上升，从而引力势能减少，根据爱因斯坦先生的广义相对论，时钟也会变慢，这样又出现了时间和能量的不能同时测准的问题。 坐在后排的爱因斯坦比任何人都深刻体会到了什么叫做搬起石头砸自己的脚。这样一来，这个思想实验反倒成了量子力学成立的一个绝妙的证明了。 爱因斯坦苦笑了一下，表示接受对方那绝妙地说词。但他仍然认定，玻尔他们的学说始终不过是对问题的回避，这些理论都不过是暂时的，终究一个更深刻的决定性思想会取代它。"这一天总会到来的，也许你我都看不到这一天，也许这又是五十年，一百年甚至两百年之后的事情。" 不管对爱因斯坦还是玻尔都意识到，他们的论战在这里仅仅开了个头。在以后漫长的日子里，爱因斯坦不断地寻找种种有力的反证，但是事实总是让这位智者失望。倒是打上玻尔印记的量子力学在反复严峻的考验下，艰难地成长了起来。 爱因斯坦始终没有屈服，尽管他发现和他站在一起的人越来越少；至于玻尔，在他1962年1月6日逝世的前夜，专心研究的最后一篇手稿上画的仍是那个击败爱因斯坦的小盒子。 不过在后来的争论中，纯粹物理学上的东西已经很少，几乎都是哲学层次的探讨。性急的物理学家们哪能耐心地听他们讨论完，量子力学被迅速运用到各个微观领域中，并获得极大的成功。若干年后人们回想起那个风雨交加的年代，都是把1927年第五届索尔维会议作为最后一幕的。 |
2楼2007-03-17 15:48:15
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在天涯上还有一篇就不贴了： 『科学论坛』 [科学之路]物理演义之：量子力学传说(转载) http://www.tianya.cn/new/TechFor ... mp;idArticle=536214 |
3楼2007-03-17 15:51:33