和阿尔伯特·爱因斯坦在保罗·埃伦费斯特位于莱顿的家中（1925年12月）。]]
波耳-愛因斯坦之爭（）是阿尔伯特·爱因斯坦和尼尔斯·玻尔之间关于量子物理的一系列著名的争论。这两个人與马克斯·普朗克被稱為旧量子论的奠基者。他们之间的争论也因为他们对于物理学的重要性而被载入史册。爱因斯坦认为，物理学应该能告诉他在公式背后的真实世界发生了什么。而玻尔只对公式本身感兴趣而不关心那潜在的现实世界中的事件。
爱因斯坦对于量子力学的持续而有力的批评促进了量子力学的发展，它迫使量子力学的支持者们加深了他们对量子力学的科学和哲学意义的理解。
革命前的争论
爱因斯坦是第一个意识到普朗克关于量子的发现将要改写整个物理学的物理学家。为了证明他的观点，在1905年，他提出光的行为有时像粒子，他称这些粒子为“光量子”，现在这个词被称为光子。但是当时的观点认为光是一种电磁波。这个假说导致了光同时具有粒子和波的特性。玻尔一直是光量子假说的最坚定的反对者之一，直到1925年他才接受这个观点。玻尔后来创造性的成就却基于一个被他长期反对的观点，这在科学史中极其少见。爱因斯坦支持光子的观点是因为他把它看作数字背后的事实（虽然这个事实非常令人困惑）。玻尔反对这个观点是因为它使得科学家必须从两套数学公式中选择
:試想一個裝滿了光子的盒子。在盒子的一邊有一個孔徑，盒子內部的時鐘可以通過控制器將孔徑外的快門開啟短暫時間間隔 \Delta t ，發射出一顆光子，然後再將快門關閉。為了要測量發射出去的光子的能量，必須量度發射前與發射後盒子的質量 m ，應用狹義相對論的質能方程式 E=mc^2 ，就可以計算出來失去的能量 E 。理論而言，快門的開啟時間間隔是個常數，只要能讓一個光子發射出去就行，而盒子的質量可以量度至任意準確度，因此 \Delta E\Delta t ，能量-時間不確定性原理不成立。
經過整晚思考愛因斯坦的巧妙論述，玻爾終於找到了這論述的破綻。玻爾於1948年正式發表了他的反駁，他指出，為了保證實驗的正確運作，必須用彈簧將盒子懸吊起來，在盒子的另一邊固定一個指針。盒子的支撐架固定了一根直尺。指針所指在直尺的數目，可以用來紀錄盒子的位置。根據位置-動量不確定性原理，測量盒子位置的不確定性 \Delta q 與測量盒子動量的不確定性 \Delta p ，兩者之間的關係式為：
:\Delta q \Delta p\approx h 。
從牛頓運動定律可以推論，質量的不確定性 \Delta m 會造成動量的不確定性 \Delta p ，所以動量的不確定性 \Delta p 下限為
:\Delta p> \Delta m gT ；
其中，T 是測量質量所需的時間間隔（不是快門開啟的時間間隔），g 是萬有引力常數。
按照廣義相對論，假若將時鐘朝著引力方向移動 \Delta q ，則其量度時間的不確定性 \Delta T 為
:\Delta T/T=g\Delta q/c^2 ；
從上述三個方程式，可以得到
:\Delta T\Delta m>h/c^2 。
將質能方程式代入，則有關係式
:\Delta T\Delta E>h 。
因此，能量-時間不確定性原理成立。波耳又一次化解了愛因斯坦提出的難題，但是，假設將光子更換為普通氣體粒子，則這問題只涉及到非相對論性量子力學，為甚麼需要使用相對論來解析這問題？實際而言，使用量子力學的理論就可以解釋這難題了。另外，愛因斯坦的 \Delta t 是快門開啟的時間間隔，而玻爾的 \Delta T 則是量度盒子質量的時間不確定性，兩者不是同一個變量，因此，玻爾並沒有精準地反駁愛因斯坦的問題。
参见
- 哥本哈根诠释
- 双缝实验
- EPR佯謬
- 薛定谔猫
- 不确定性原理
- 阿弗沙爾實驗
- 爱因斯坦科学出版物列表
- 爱因斯坦论文项目
*愛因斯坦與中國
参考文献
引用
书籍
- Boniolo, G., (1997) Filosofia della Fisica, Mondadori, Milan.
- Bolles, Edmund Blair (2004) Einstein Defiant, Joseph Henry Press, Washington, D.C.
- Born, M. (1973) The Born Einstein Letters, Walker and Company, New York, 1971.
- Ghirardi, Giancarlo, (1997) Un'Occhiata alle Carte di Dio, Il Saggiatore, Milan.
- Pais, A., (1986) Subtle is the Lord... The Science and Life of Albert Einstein, Oxford University Press, Oxford, 1982.
- Shilpp, P.A., (1958) Albert Einstein: Philosopher-Scientist, Northwestern University and Southern Illinois University, Open Court, 1951.
评论 (0)