第五屆索爾維會議

在93年前的今天，1927年10月24日(農曆1927年9月29日)，第五屆索爾維會議。第5屆索爾維會議。物理學大師聚首一堂，流傳下了這張讓後人唏噓不已的“物理學全明星夢之隊”的世紀照片。這次會議像拳王爭霸賽一樣，愛因斯坦和玻爾就量子力學問題進行了一場激烈的“決鬥”。幾乎可以肯定，世界上沒有第二張照片，能像這張一樣，在一幅畫面內集中瞭如此之多的、水平如此之高的人類精英。這次會議從1927年10月24日到29日，為期6天。主題是“電子和光子”，我們還記得“光子photon”是個新名詞，它剛剛在1926年由美國人劉易斯所提出)，會議議程如下：首先勞倫斯·布拉格作關於X射線的實驗報告，然後康普頓報告康普頓實驗以及其和經典電磁理論的不一致。接下來，德布羅意作量子新力學的演講，主要是關於粒子的德布羅意波。隨後波恩和海森堡介紹量子力學的矩陣理論，而薛定諤介紹波動力學。最後，玻爾在科莫演講的基礎上再次做那個關於量子公設和原子新理論的報告，進一步總結互補原理，給量子論打下整個哲學基礎。這個議程本身簡直就是量子論的一部微縮史，從中可以明顯地分成三派：只關心實驗結果的實驗派：布拉格和康普頓；哥本哈根派：玻爾、波恩和海森堡；還有哥本哈根派的死敵：德布羅意，薛定諤，以及坐在臺下的愛因斯坦。會議的氣氛從一開始便是火熱的，像拳王爭霸賽一樣，重頭戲到來之前先有一系列的墊賽：大家先就康普頓的實驗做了探討，然後各人分成了涇渭分明的陣營，互相炮轟。德布羅意一馬當先做了發言，他試圖把粒子融合到波的影象裡去，提出了一種“導波”(pivotwave)的理論，認為粒子是波動方程的一個奇點，它必須受波的控制和引導。泡利站起來狠狠地批評這個理論，他首先不能容忍歷史車輪倒轉，回到一種傳統影象中，然後他引了一系列實驗結果來反駁德布羅意。眾所周知，泡利是世界第一狙擊手，誰要是被他盯上了多半是沒有好下場的，德布羅意最後不得不公開宣告放棄他的觀點。幸好薛定諤大舉來援，不過他還是堅持一個非常傳統的解釋，這連盟軍德布羅意也覺得不大滿意，泡利早就嘲笑薛定諤為“幼稚”。波恩和海森堡躲在哥本哈根掩體後面對其開火，他們在報告最後說：“我們主張，量子力學是一種完備的理論，它的基本物理假說和數學假設是不能進一步修改的。”他們也集中火力猛烈攻擊了薛定諤的“電子雲”，後者認為電子的確在空間中實際地如波般擴散開去。海森堡評論說：“我從薛定諤的計算中看不到任何東西可以證明事實如同他所希望的那樣。”薛定諤承認他的計算確實還不太令人滿意，不過他依然堅持，談論電子的軌道是“胡扯”(應該是波本徵態的疊加)，波恩回敬道：“不，一點都不是胡扯。”在一片硝煙中，會議的組織者，老資格的洛倫茲也發表了一些保守的觀點，andsoonandsoon……愛因斯坦一開始按兵不動，保持著可怕的沉默，不過當波恩提到他的名字後，他終於忍不住出擊了。他提出了一個模型：一個電子透過一個小孔得到衍射影象。愛因斯坦指出，目前存在著兩種觀點，第一是說這裡沒有“一個電子”，只有“一團電子雲”，它是一個空間中的實在，為德布羅意—薛定諤波所描述。第二是說的確有一個電子，而ψ是它的“機率分佈”，電子本身不擴散到空中，而是它的機率波。愛因斯坦承認，觀點II是比觀點I更加完備的，因為它整個包含了觀點I。儘管如此，愛因斯坦仍然說，他不得不反對觀點II。因為這種隨機性表明，同一個過程會產生許多不同的結果，而且這樣一來，感應屏上的許多區域就要同時對電子的觀測作出反應，這似乎暗示了一種超距作用，從而違背相對論。風雲變幻，龍虎交濟，現在兩大陣營的幕後主將終於都走到臺前，開始進行一場決定命運的單挑。可惜的是，玻爾等人的原始討論記錄沒有官方資料儲存下來，對當時情景的重建主要依靠幾位當事人的回憶。這其中有玻爾本人1949年為慶祝愛因斯坦70歲生日而應邀撰寫的《就原子物理學中的認識論問題與愛因斯坦進行的商榷》長文，有海森堡、德布羅意和埃侖菲斯特的回憶和信件等等。當時那一場激戰，討論的問題中有我們已經描述過的那個電子在雙縫前的困境：如何選擇它的路徑以及快速地關閉/開啟一條狹縫對電子產生的影響。還有許許多多別的思維實驗。埃侖費斯特在寫給他那些留守在萊登的弟子們(烏侖貝特和古德施密特等)的信中描述說：愛因斯坦像一個彈簧玩偶，每天早上都帶著新的主意從盒子裡彈出來，而玻爾則從雲霧繚繞的哲學中找到工具，把對方所有的論據都一一碾碎。海森堡1967年的回憶則說：“討論很快就變成了一場愛因斯坦和玻爾之間的決鬥：當時的原子理論在多大程度上可以看成是討論了幾十年的那些困難的最終答案呢?我們一般在旅館用早餐時就見面了，於是愛因斯坦就描繪一個思維實驗，他認為從中可以清楚地看出哥本哈根解釋的內部矛盾。然後愛因斯坦，玻爾和我便一起走去會場，我就可以現場聆聽這兩個哲學態度迥異的人的討論，我自己也常常在數學表達結構方面插幾句話。在會議中間，尤其是會間休息的時候，我們這些年輕人——大多數是我和泡利——就試著分析愛因斯坦的實驗，而在吃午飯的時候討論又在玻爾和別的來自哥本哈根的人之間進行。一般來說玻爾在傍晚的時候就對這些理想實驗完全心中有數了，他會在晚餐時把它們分析給愛因斯坦聽。愛因斯坦對這些分析提不出反駁，但在心裡他是不服氣的。”愛因斯坦當然是不服氣的，他如此虔誠地信仰因果律，以致決不能相信哥本哈根那種憤世嫉俗的機率解釋。玻爾回憶說，愛因斯坦有一次嘲弄般地問他，難道他真的相信上帝的力量要依靠擲骰子(obderliebeGottwürfelt)?上帝不擲骰子!這已不是愛因斯坦第一次說這話了。早在1926年寫給波恩的信裡，他就說：“量子力學令人印象深刻，但是一種內在的聲音告訴我它並不是真實的。這個理論產生了許多好的結果，可它並沒有使我們更接近‘老頭子’的奧秘。我毫無保留地相信，‘老頭子’是不擲骰子的。”“老頭子”是愛因斯坦對上帝的暱稱。然而，1927年這場華山論劍，愛因斯坦終究輸了一招。並非劍術不精，實乃內力不足。面對浩浩蕩蕩的歷史潮流，他頑強地逆流而上，結果被沖刷得站立不穩，苦苦支撐。1927年，量子革命的大爆發已經進入第三年，到了一個收官的階段。當年種下的種子如今開花結果，革命的思潮已經席捲整個物理界，毫無保留地指明瞭未來的方向。越來越多的人終究領悟到了哥本哈根解釋的核心奧義，並誠心皈依，都投在量子門下。愛因斯坦非但沒能說服玻爾，反而常常被反駁得說不出話來，而且他這個“反動”態度引得了許多人扼腕嘆息。遙想當年，1905，愛因斯坦橫空出世，一年之內六次出手，每一役都打得天搖地動，驚世駭俗，獨自創下了一番轟轟烈烈的事業。當時少年意氣，睥睨群雄，揚鞭策馬，笑傲江湖，這一幅傳奇畫面在多少人心目中留下了永恆的神往!可是，當年那個最反叛，最革命，最不拘禮法，最蔑視權威的愛因斯坦，如今竟然站在新生量子論的對立面!波恩哀嘆說：“我們失去了我們的領袖。”埃倫費斯特氣得對愛因斯坦說：“愛因斯坦，我為你感到臉紅!你把自己放到了和那些徒勞地想推翻相對論的人一樣的位置上了。”愛因斯坦這一仗輸得狼狽，玻爾看上去沉默駑鈍，可是重劍無鋒，大巧不工，在他一生中幾乎沒有輸過哪一場認真的辯論。哥本哈根派和它對量子論的解釋大獲全勝，海森堡在寫給家裡的信中說：“我對結果感到非常滿意，玻爾和我的觀點被廣泛接受了，至少沒人提得出嚴格的反駁，即使愛因斯坦和薛定諤也不行。”多年後他又總結道：“剛開始(持有這種觀點的)主要是玻爾，泡利和我，大概也只有我們三個，不過它很快就擴散開去了。”但是愛因斯坦不是那種容易被打敗的人，他逆風而立，一頭亂髮掩不住眼中的堅決。他身後還站著兩位，一個是德布羅意，一個是薛定諤。三人吳帶凌風，衣袂飄飄，在量子時代到來的曙光中，大有長鋏寒瑟，易水蕭蕭，誓與經典理論共存亡的悲壯氣慨。參與這次會議的29人中，共有17人獲得了諾貝爾獎。