玻尔与爱因斯坦同为物理学界影响深远的人物,早就互相仰慕对方的大名,但却无缘相见,是量子论的第一位奠基人普朗克为他们安排了难忘的第一次握手。
1920年夏季,普朗克发来邀请函,邀玻尔参加柏林物理学会并作有关光谱理论的讲演。当玻尔兴致勃勃地来到柏林大厦时,一眼就望见等候在那里的普朗克和爱因斯坦。
爱因斯坦瞪着一双大大的眼睛,早已出了名的蓬乱的头发依然如故,还是穿着那身无论如何也弄不整齐的衣服,他向玻尔表示了极大的热情和友好。
在大会的讲演中,玻尔表述了这样的看法:从光谱学理论来看,精确的测量是不可能的。爱因斯坦举双手反对。
作为19世纪科学传统的继承者,对于不确定性的任何理论,爱因斯坦都是反对的。他从根本上相信,只要掌握了所有的定律,一切活动都是可以预言的。
从他们的第一次会面起,两个人的根本分歧就清楚地表现出来了。不过,他们的论据还显得苍白无力,对于对方的问题,他们都作不出令对方满意的答复。
来也匆匆,去也匆匆。他们谁都希望能再次相会,以便在更具有充分准备的条件下证明对方观点的错误,甚至使强大的对手改弦易辙。但是,这个愿望恐怕难以实现,这两个人的智力水平都太高了。
1927年10月,召开了第五届索尔维物理学会议,与会者几乎囊括了所有在理论物理学上作出突出贡献的物理学家,尼尔斯·玻尔和爱因斯坦自然也在应邀之列。
这次会议的议题是“电子和光子”。它涉及物理学的各个领域,但讨论的焦点却集中在新出现的方法是否意味着要摒弃确定性原理上。
玻尔就量子物理学面临的认识论方面的问题作了报告,并全面阐述了他的互补原理。
报告刚一结束,爱因斯坦大步走上讲坛,他开门见山,亮出自己的观点:
他认为互补原理是无法接受的,缺乏科学性,他依然坚持他的决定论,对测不准关系不感兴趣。他说:
“这个理论的缺点在于:它一方面无法与波动概念发生更密切的联系,另一方面又把基本物理过程的时间和空间拿来碰运气。”
顿时,会场一片哗然,秩序大乱。有十多个科学家用十多种语言叫嚷着要求发言。会议主席不得不大声疾呼,恢复秩序。
晚间,大家自动分成若干小组,继续讨论白天的议题。玻尔与爱因斯坦面对面的交锋开始了。这是一场用客气的词句及彬彬有礼的态度进行的战斗,每个人都很尊重自己的对手。但是,由于根本性的分歧,争论得十分激烈,无异于用枪炮进行的战争。
玻尔做了充分的准备。他说,互补原理也曾出现在爱因斯坦本人天才的观点里。
难道爱因斯坦不曾在1905年指出光子既是粒子又是波吗?难道他没有在1917年给出了一个公式,表明原子可以进行自发辐射,其速率对应于某一个光验几率吗?难道他没有指出,辐射过程中不存在某一特定方向,而实际辐射只会沿着某一方向进行,从而进一步形成了这种左右为难的局面吗?
玻尔越发情绪激昂地说道,奠定了这样基础的人,是不应该不正视互补原理所提出的类似的、带有根本性的重大改变的。
爱因斯坦准备用“假想实验”来推翻玻尔的互补原理。
他不动声色地拿起粉笔,在黑板上画出一条线,表示照相底片,旁边又画一条中间切断的线,切断部分表示微粒通过处,如果有一个电子或一个光子通过这里,就会以典型波的同心圆形或成扇状散开。
虽然在这个实验中,还无法确切地知道电子将到达底片的哪一部分,只能计算出电子可能会落入底片的某个区域,但爱因斯坦强调指出,如果电子落在A点,就不会在B点上。因此,采用控制电子的动量和能量传递的方法,电子将在何时落于何处的问题就能得出精确的结论。
玻尔立即反驳道,如果运用统计方法来对付复杂系统的问题,要比进行这样的实验好得多。
这个回合,他们接触到了问题的关键所在——量子力学的描述方法在解释已知现象的几率时是否无能为力了呢?
爱因斯坦的回答是一个斩钉截铁的“不”字。在紧张激烈的争论的同时,他们也会开个小玩笑,缓解一下各自紧张的大脑和情绪。
爱因斯坦曾对玻尔及其追随者的几率观点开过这样的玩笑。他说:
“难道你们真的相信上帝也靠掷骰子办事吗?”
玻尔也以同样的口气回敬道:
“难道你不认为用普通的言语来描述神的旨意时,还是小心一点为妙吗?”
双方都开怀大笑起来。他们就是这样,既针锋相对,又和谐友好地争论着,在争论中,更加强了他们彼此之间的了解,加强了他们对对方智慧与品格的尊重。
在这次会议上,几乎是每天早晨,爱因斯坦都会提出一个假想实验来试图驳倒测不准关系;而到了晚上,玻尔就会作出答辩,论证那个实验是和测不准关系式恰恰是一致的。
同爱因斯坦合作过的埃伦费斯特也被玻尔的观点打动了。他以开玩笑的方式暗示爱因斯坦说:
“您对互补原理及量子理论新发展所持的态度,正如相对论的反对者对您的态度一样。”
经过多次较量,爱因斯坦也发现互补原理的“堡垒”是难以攻破的,只好偃旗息鼓,准备新式“炮弹”,以利再战。
玻尔也认为,他虽然在论战爱因斯坦的过程中占了上风,但这位科学巨擘绝不会服输,他们还会有更为艰苦的论战。
为了科学,为了真理,玻尔喜欢一切挑战者,尤其是像爱因斯坦这样绝顶聪明之人,更让玻尔兴趣盎然。