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蒙特卡罗赌场:哥本哈根研究所100岁了 量子世界依旧迷雾重重

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  1900年,为了解决黑体辐射疑难,德国物理学家普朗克提出了“能量子”模型。彼时,爱因斯坦21岁,刚从大学毕业;玻尔才刚15岁,可能还在中学学习。

  1905年,爱因斯坦提出“光量子”假说,通过把“本应该是一种电磁波”的光想象成一个个光微粒,成功解释了光电效应。紧随其后,玻尔在1913年提出了量子化的原子结构,成功解释了氢原子的能级结构和光谱,获得了当年的诺贝尔奖。

  1921年,玻尔拒绝了恩师卢瑟福的工作邀请,决定创建哥本哈根大学理论物理研究所,继续深入研究量子力学。研究所一成立,玻尔的人格魅力很快就像磁场一样,吸引了一大批杰出的青年物理学家,海森堡、泡利、玻恩、狄拉克等量子力学大咖都出自这个研究所,形成了举世闻名的“哥本哈根学派”。除了玻尔外,这个研究所出了9位诺贝尔物理学奖获得者,盛况空前。到现在,100年过去,哥本哈根仍是物理学家的“朝拜圣地”。

  “上帝掷骰子吗?”

  哥本哈根学派在创立之初就开始从哲学层面思考量子问题。光和电子时而像波,时而像粒子的“波粒二象性”到底意味着什么?其本源是什么?为什么我们每次只能看到它是波或者是粒子的“一面”?最终,量子力学的“哥本哈根诠释”浮出水面:

  ——一个量子系统的量子态可以用波函数来完全地表述。波函数代表一个观察者对于量子系统所知道的全部信息,量子系统的描述是概率性的。

  ——在量子系统里,一个粒子的位置和动量无法同时被确定。

  ——物质具有波粒二象性,一个实验可以展示出物质的粒子行为或波动行为。但不能同时展示出两种行为。

  ——测量仪器是经典仪器,只能测量经典性质,如位置、动量等。

  ——大尺度宏观系统的量子物理行为应该近似于经典行为。

  哥本哈根学派对量子力学的“概率诠释”,其核心观点还有“测量塌缩”。一个量子尺度的物体,它当前的状态其实是几种可能状态的“概率叠加”;在未被测量之前,我们完全无法预测物体真正的状态,这是一种真真正正的随机性;一旦启动了测量,物体就会“塌缩”成一种可能状态,仿佛它一直就是那种状态一样。

  虽然“概率诠释”类似于“骰子实验”,但量子力学更纯粹。骰子的随机性其实是伪随机,“出千高手”完全可以掌控掷骰子的结果。但哥本哈根学派认为,回到微观的量子世界,再荒谬至极的事实,都可能在量子世界中出现。

  于是,科学史上那段著名的论战拉开了序幕。以爱因斯坦为首的经典派对哥本哈根学派发起了猛烈的攻击,每次针锋相对都闪耀着智慧甚至是艺术的火花。
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