本字幕由TME AI技术生成
第三十三集
当海森堡完成了他不确定性原理以后呢
他迅即写信给炮利和远在挪威的波尔
把自己的想法告诉了他们
收到了这海森堡的信后啊
波尔立即从挪威动身返回了哥本哈根
准备就这个问题和海森堡展开深入的探讨
海森堡可能以为
这样伟大的一个发现
必定能够打动波尔的心
让他同意自己对于量子力学的一贯想法
可是他却大大的错了
在挪威
波尔与滑雪之余
好好的思考了一下玻璃问题
新想法逐渐在他的脑中定型了
当他看到了海森堡的论文
他自然而然的用这种想法去印证整个结论
他问海森堡
这种不确定性是从粒子的本性而来
还是从波的本性导出的呢
海森堡一愣
他压根儿就没考虑过什么波
当然是粒子啊
由于光子击中了电子而造成的位置和动量的不确定
这不是明摆的吗
波尔很严肃的摇头
他拿海森堡想象的那个巨型显微镜开刀
证明
在很大程度上
不确定性不单单出自不连续的粒子性
更是出自波动性
我们在前面讨论过德布罗一波长公式
拉姆拉塔等于h除以MVMV就是动量p
所以p等于h除以拉姆拉塔
对于每一个动量p来说
总是有一个波长的概念伴随着它
对于e减t关系来说呢
e等于HV
依然有频率v这一波动概念在里面
海森堡对此一口拒绝
要让他接受波动性可不是一件容易的事儿
对海森堡的顽固
波尔显然开始不耐烦了
他明确的对海森堡说
你的显微镜实验是不对的
这把海森堡给气哭了
两人大吵一场
克莱恩当然是帮着波尔啊
这使得哥本哈根内部的气氛闹得非常尖锐
从物理问题出发
后来几乎变成了私人误会
以至于海森堡不得不把写给泡丽的信要回去以做出澄清
最后泡丽本人亲自跑去丹麦
这才最后平息了事件的余波
对海森堡来说
不幸的是啊
在显微镜问题上
的确是他错了
海森堡大概生来患有某种显微镜恐惧症
一碰到显微镜就犯晕
当年他在博士论文答辩里
就搞不清最基本的显微镜分辨度问题
差点没拿到学位
那时候
一方面是因为海森堡自己没有充分准备
对于一些实验上的问题一窍不通
另外一方面
据说考他实验的维恩啊
就是提出维恩公式的那个
和索墨菲之间呢
有一点私人恩怨
所以对索墨菲的学生也是存心刁难的意思
而这次呢
波尔也终于让他意识到啊
不确定性确实是建立在波和粒子的双重基础上的
它其实是电子在波和粒子间的一种摇摆
对于波的属性了解的越多
关于粒子的属性就了解的越少
海森堡最后终于接受了波尔的批评
给他的论文加了一个附注
声明不确定性其实同时建筑在连续性和不连续性两者之上
并感谢波尔指出了这一点
波尔也在这场争论中有所收获
他发现不确定性原理的普遍意义原来比他想象中的要大
他本以为这是一个局部的原理
但现在他领悟到
这个原理是量子论中最核心的基石之一
在给爱因斯坦的信中
博尔称赞了海森堡的理论
说他用一种极为漂亮的手法显示了不确定如何被应用在量子论中
复活节长假后呢
双方各退一步
局面终于是海阔天空起来
海森堡写给炮利的信中呢
又恢复了良好的心情
说是又可以单纯的讨论物理问题
忘记别的一切了
的确
这这兄弟细于强
也要外遇其辱啊
哥本哈根派现在又团结的像一块坚石了
他们很快就要共同面对更大的挑战
并把哥本哈根这个名字深深的镌刻在物理学的光辉历史上
不过话又说回来
波动性
威力性
从我们史化的一开始
这两个词已经深深的困扰我们
一直到现在
好吧
不确定性同时建立在波动性和威粒性上
可这不是白说吗
我们的耐心是有限的
不如摊开天窗说亮话吧
这个该死的电子啊
到底是个粒子还是波
粒子还是波啊
真是令人感慨万千的话题呀
这是一出三百年来的传奇故事
其中悲欢起落
穿插着物理史上最伟大的那些名字
牛顿 胡克
惠更斯
杨菲涅尔
福科
麦克斯韦
赫兹 汤姆逊
爱因斯坦
康普顿
德布罗伊
恩恩怨怨
谁又能说得明白呢
我们处在一种进退维谷的境地中
一方面
双凤实验和脉氏理论毫不含糊的揭示出了光的波动性
另外一方面
光电效应啊
康普顿效应
又同样清晰的表明它是粒子
就电子来说呢
波尔的跃迁
原子里的光谱
海森堡的矩阵
都强调了它不连续的一面
似乎粒子性占的上风
但薛定谔的方程却又大肆渲染他的连续性
甚至把波动的标签都贴到了他脸上
怎么看电子都没法不是一个粒子
怎么看电子都没法不是一个波
该如何是好呢
当遇到棘手的问题时
最好的办法还是问问咱们的偶像
无所不能的希洛克
福尔摩斯先生
这位全世界最富传奇色彩的私人侦探
和量子论那也算是同时代人
一八八七年
当赫兹以实验证实电磁波的时候呢
他还刚刚在血渍的研究中崭露头角
到了普朗克发现量子后一年
他已经凭借巴斯克维尔猎犬案中的出色表现名扬天下
从莫里亚蒂教授那里死里逃生后呢
福尔摩斯刚好来得及看见爱因斯坦提出了光量子假说
而现在啊
一九二七年
当然
这个时间指的是福尔摩斯探案系列的出版时间
他终于圆满的完成了最后一系列探案
可以享受退休生活了
让我们听听
这位伟大的人物会发表什么意见呢
福尔摩斯是这样说的啊
我的方法就建立在这样一种假设上面
当你把一切不可能的结论都排除之后
那剩下的不管多么离奇
也必然是事实
那么这句话引自呢
新探案皮肤变白的军人
真是至理名言呐
那么
电子不可能不是个粒子
它也不可能不是波
那剩下的唯一的可能性就是
它既是个粒子
同时又是个波
可是这
等等
这太过分了吧
完全没法叫人接受嘛
什么叫既是个粒子
同时又是波
这两种图像分明是互相排斥的呀
一个人可能既是男的又是女的吗
当然
太监之类的不算啊
这种说法难道不自相矛盾吗
不过
要相信福尔摩斯更要相信波尔
因为波尔就是这样想的
毫无疑问
一个电子必须由粒子和波两种角度去做出诠释
任何单方面的描述都是不完全的
只有粒子和波两种概念有机结合起来
电子才成为了一个有血有肉的电子
才真正成为一种完备的图像
没有粒子性的电子是盲目的
没有波动性的电子是跛足的
这还是不能让我们信服啊
既是粒子
又是波
难以想象
难道电子像是一个幽灵
在粒子的周围同时散发出一种奇怪的波
使得它本身成为这两种状态的叠加
谁曾经亲眼目睹过这种噩梦般的场景吗
出来作个证
不
你理解的不对
波尔摇头道
任何时候
我们观察电子
它当然只能表现出一种属性
要么是粒子
要么是波
声称看到粒子
波混合叠加的人
要么是老花眼
要么是纯粹在胡说八道
但是
作为电子这个整体概念来说
它却表现出了一种玻璃的二项性来
它可以展现出粒子的一面
也可以展现出波的一面
这完全取决于我们如何去观察它
我们想看到一个粒子
哦 那好
把它打到荧光屏上
变成一个小点
看粒子
我们想看到一个波
也行啊
让它通过双缝组成干涉图样
看波
奇怪
似乎又哪里不对
却又说不出来
好吧
电子有时候变成电子的模样
有时候变成波的模样
嗯
不错的变脸把戏
可是
撕下他的面具
他本来的真身究竟是个什么呢
这就是关键
这就是你我的分歧所在了
布尔意味深长的说
电子的真身
或者换几个词
电子的原型
电子的本来面目
电子的终极理念
这些都是毫无意义的单词
对于我们来说
唯一知道的只是每次我们看到的电子是什么
我们看到电子呈现出粒子性
又看到电子呈现出波动性
那么我们当然就假设它是粒子和波的混合体
我一点儿都不关心电子本来是什么
我觉得那是没有意义的
事实上
我也不关心大自然本来是什么
我只关心我们能够观测到大自然是什么
电子又是个粒子
又是个波
但每次我们观察它
它只展现出其中的一面
这里的关键是我们如何观察它
而不是它究竟是什么
布尔的话也许太玄妙了
我们呀
来通俗的理解一下啊
现在流行手机换彩壳
我昨天心情好啊
就配一个闪亮的亮银色
今天心情不好
就换一个比较有忧郁感的蓝色
咦 奇怪了
为什么我的手机昨天是银色的
今天变成蓝色了呢
这两种颜色不是互相排斥的吗
我的手机怎么可能又是银色又是蓝色呢
很显然
这并不是说啊
我的手机同时展现出了银色和蓝色
变成了某种稀奇的银蓝色
它是银色还是蓝色
完全取决于我如何搭配它的外壳
我昨天决定这样装配它
它就呈现出银色
而今天改一种方式
它就变成蓝色
它是什么颜色
取决于我如何装配它
但是
如果你一定要打破砂锅的问我的手机本来是什么颜色
那可就糊涂了
假如你指的是它原厂出厂时配的什么外壳
我倒可以告诉你
不过你要是强调是哲学意义上的本来实际上或者是本质上的颜色到底是什么
我会觉得你不可理喻
真要我说
我觉得它本来没什么颜色
只有我们给它装上某种外壳并观察它
它才才展现出某种颜色来
它是什么颜色
取决于我们如何观察它
而不是取决于它本来是什么颜色
我觉得啊
讨论它本来的颜色是痴人说梦
再举个例子啊
大家都知道啊
白马非马的诡辩
不过我们不讨论这个
我们就问
这匹马到底是什么颜色呢
你当然会说白色呀
可是也许你身边有个色盲
他会争辩说
不对
这是红色
大家指的是同一匹马对吧
它怎么可能又是白色又是红色呢
你当然要说啊
那个人在感觉颜色上有缺陷呀
他说的不是马本来的颜色
可是
谁又知道
你看到的就一定是本来的颜色呢
假如世上有一半色盲
谁来分辨哪一半说的是真相呢
不说色盲
我们戴上一副红色眼镜
这下看出去的马也变成红色了吧
它怎么刚刚是白色
现在是红色呢
哦
因为你改变了观察方式
戴上了眼镜
那么
哪一种方式看到的是真实的呢
天晓的庄周做梦变成蝴蝶了
还是蝴蝶做梦变成了庄周呢
你戴上眼镜看到的是真实
还是取下眼睛看到的是真实呢
我们的结论是啊
讨论哪个是真实毫无意义
我们唯一能说的是
在某种观察方式确定的前提下
它呈现出的什么样子来
我们可以说
在我们运用肉眼的观察方式下呢
马呈现出白色
同样
我们也可以说
在戴上眼镜的观察方式下
马呈现出了红色
色盲也可以声称
在他那种特殊构造的感光方式观察下
马是红色
至于马本来是什么色
完全没有意义
甚至我们可以说啊
马本来的颜色是子虚乌有的
我们大多数人说马是白色的
只不过我们大多数人采用了一种类似的观察方式罢了
这并不指向一种终极真理
电子也是一样
电子是粒子还是波呢
那要看你怎么观察它
如果采用康普顿效应的观察方式
那么它无疑就是一个粒子
要是用双缝来观察
那么它无疑是一个波
它本来到底是粒子还是波呢
又来了
没有什么本来
所有的属性都是同观察联系在一起的
让本来见鬼去吧
但是呢
一旦观察方式确定了
电子就要选择一种表现形式
它得作为一个波或者粒子出现
而不能再暧昧的混杂在一起
这就像我们可怜的马
不管是用什么方式观察
它只能在某一时刻展现出一种颜色
从来没有人有过这样奇妙的体验
说这匹马呀
同时又是白色又是红色啊
波和粒子呢
在同一时刻是互斥的
但它们却在一个更高的层次上统一在一起
作为电子的两面被纳入一个整体概念中
这就是波尔的互补原理
他连同波恩的概率解释
海森堡的不确定性
三者共同构成了量子论哥本哈根解释的核心
至今仍然深刻的影响着我们对于整个宇宙的终极认识
第三次玻璃战争便以这样一种戏剧化的方式收场
而量子世界的这种奇妙结合
就是大名鼎鼎的玻璃二象性
您刚才收听到的是由磨铁图书出品的精品有声书上帝制头子嘛量子物理史话
感谢您的收听更多精彩内容
请听下集
