发布时间 : 星期三 文章自然辩证法课程教学案例 - 图文更新完毕开始阅读
玻尔当年的弟子们，海森堡、泡利等，如今也都是独挡一面的大宗师了，哥本哈根学派名震整个物理学界，玻尔自信吃不了大亏。
爱因斯坦在盘算另一件事：量子论方兴未艾，当其之强，要打败它的确太难了。可是难道因果律和经典理论就这么完了不成？不可能，量子论一定是错的！嗯，想来想去，要破量子论，只有釜底抽薪，击溃它的基础才行。爱因斯坦凭着和玻尔交手的经验知道，在细节问题上是争不出什么所以然的，量子论就像神话中那个九头怪蛇海德拉（Hydra），你砍掉它一个头马上会再生一个出来，必须瞄准最关键的那一个头才行。这个头就是其精髓所在——不确定性原理。
爱因斯坦站起来发话了：
想象一个箱子，上面有一个小孔，并有一道可以控制其关闭的快门，箱子里面有若干个光子。好，假设快门可以控制得足够好，它每次打开的时间是如此之短，以至于每次只允许一个光子从箱子里飞到外面。因为时间极短，?t是足够小的。那么现在箱子里少了一个光子，它轻了那么一点点，这可以用一个理想的弹簧秤测量出来。假如轻了Δm吧，那么就是说飞出去的光子重m，根据相对论的质能方程E=mc2，可以精确地算出箱子内部减少的能量??。
那么，??和?t都很确定，海森堡的公式??×?t?h也就不成立。所以整个量子论是错误的！
这可以说是爱因斯坦凝聚了毕生功夫的一击，其中还包含了他成名绝技相对论。这一招如白虹贯日，击中要害，沉稳老辣，干净漂亮。玻尔对此毫无思想准备，他大吃一惊，一时想不出任何反击办法。据目击者说，他的脸变得如死灰，呆若木鸡，张口结舌地说不出话来。整个晚上他都闷闷不乐，搜肠刮肚，苦思冥想。
罗森菲尔德后来描述说：
“玻尔极力游说每一个人，试图使他们相信爱因斯坦说的不可能是真的，不然那就是物理学的末日了，但是他想不出任何反驳来。我永远不会忘记两个对手离开会场时的情景：爱因斯坦高大庄严，带着一丝嘲讽的笑容，静稍稍地走了出去。玻尔跟在后面一路小跑，他激动不已，词不达意地辩解说要是爱因斯坦的装置真的管用，物理学就完蛋了。”
这一招当真如此淳厚完美，无懈可击？玻尔在这关键时刻力挽狂澜，方显英雄本色。他经过一夜苦思，终于想出了破解此招的方法，一个妙不可言的高招。
罗森菲尔德接着说：
“第二天早上，玻尔的胜利便到来了。物理学也得救了。”
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玻尔指出：好，一个光子跑了，箱子轻了?m。我们怎么测量这个?m呢？用一个弹簧秤，设置一个零点，然后看箱子位移多少。假设位移?q吧，这样箱子就在引力场中移动了?q的距离，但根据广义相对论的红移效应，这样的话时间的快慢也要随之改变相应的??。可以根据公式计算出：??? h ? mc2。再代以质能公式??= ?m c2，则得到最终的结果，这个结果是如此眼熟：?? ??? h，正是海森堡测不准关系！
我们可以不理会数学推导，关键是爱因斯坦忽略了广义相对论的红移效应！引力场可以使原子频率变低，也就是红移，等效于时间变慢。当我们测量一个很准确的?m时，我们在很大程度上改变了箱子里的时钟，造成了一个很大的不确定的??。也就是说，在爱因斯坦的装置里，假如我们准确地测量?m，或者??时，我们就根本没法控制光子逃出的时间T！
广义相对论本是爱因斯坦的独门绝技，玻尔这一招“以其人之道还治其人之身”，不但封挡住了爱因斯坦那雷霆万钧的一击，更把这股力量回敬给了爱因斯坦本人。
现在轮到爱因斯坦说不出话来了。
难道量子论当真是天命所归，严格的因果性当真已经迟迟老去，不再属于这个叛逆的新时代？玻尔是最坚决的革命派，他的思想闳廓深远，穷幽极渺，却又如大江奔流，浩浩荡荡，翻腾不息。物理学的未来只有靠量子这个古怪却又强大的精灵去开拓。新世界不再有因果性，不再有实在性，可能让人觉得不太安全，但它却那样胸怀博大，气势磅礴，到处都有珍贵的宝藏和激动人心的秘密等待着人们去发掘。
停止争论吧，上帝真的掷骰子了！随机性是世界的基石，当电子出现在这里时，它是一个随机的过程，并不需要有谁给它加上难以忍受的条条框框。全世界的粒子和波现在都得到了解放，从牛顿和麦克斯韦写好的剧本中挣扎出来，大口地呼吸自由空气。它们和观测者捉迷藏，在他们背后融化成概率波弥散开去，神秘地相互渗透和干涉。当观测者回过头寻找它们时，它们又快乐地现出原型，呈现出一个面貌等候在那里。
但爱因斯坦绝不相信它代表了真相。不管怎么说，因果关系不能抛弃！爱因斯坦对因果关系的信念几乎成了一种信仰，他决定终生为经典理论而战斗到最后一刻。爱因斯坦1955年去世，玻尔1962年去世。但至死，爱因斯坦都没有放弃对量子论的怀疑和诘难。
薛定谔（Shr?dinger）和德布罗意(L.de Broglie)参加了1933年第七届索尔维会议，爱因斯坦没有出席。但两人没有发言，因为这一届会议讨论的是原子物理的新话题：物质的产生和湮灭、正电子、重水、中子??等新发现，令人眼花缭乱。1933年9月25日，埃伦费斯特（第五届索尔维会议的参加者之一）在荷兰莱登枪杀了他那患有智力障碍的儿子，然后自杀了。他留给爱因斯坦、玻尔等好友的信中说：“这几年我越来越难以理解物理学的飞速发
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展，我努力尝试，却更绝望和撕心裂肺，我终于决定放弃一切。我的生活令人极度厌倦??我仅仅是为了孩子们的经济来源而活着，这使我感到罪恶。我试过别的方法但是收效甚微，因此越来越多地去考虑自杀的种种细节，除此之外，我没有第二条路走了??原谅我吧。”
面对物理学突飞猛进地发展，许多老一代物理学家极不适应，难怪有人曾经感叹，宁愿早死几年，也不愿看到现代物理那样一幅令人难以接受的画面！
——选自《量子物理史话——上帝掷骰子吗？》，曹天元著，沈阳：辽宁教育出版社出版，2006年1月第1版第193-197页，个别词句有省略。
请思考下列问题：
1.什么是价值观？爱因斯坦对因果观念的信念是如何影响他对量子论的看法的？（10分）
2.由上述材料可见：对于科学家来讲，“解蔽”是何等地艰难！是什么力量在有力地推动着科学、特别是物理学的发展呢？
爱因斯坦的光量子理论
1905年，爱因斯坦发表了《关于光的产生和转化的一个试探性的观点》一文。在该文中，爱因斯坦大胆地提出了后来举世公认的光量子假说。爱因斯坦提出这一假说受到1900年普朗克把“能量元”称为能量子的启发。光的波动说与微粒说在经典物理学中长期争吵不休，不分胜负。“按照麦克斯韦的理论，对于一切纯电磁现象因而也对于光来说，应当把能量看作是连续的空间函数，而按照物理学家现在的看法，一个有重客体的能量，则应当用其中原子和电子所带能量的总和来表示。一个有重物体的能量不可能分成任意小的部分，
而按照光的麦克斯韦理论（或者更一般地说，按照任何波动理论），从一个点光源发射出来的光束的能量，则是在一个不断增大的体积中连续地分布的。用连续空间函数来运算的光的波动理论，在描述纯粹的光学现象时，已被证明是十分卓越的，似乎很难用任何别的理论来替换。可是，不应当忘记，光学观测都同时间的平均值有关，而不是同瞬时值有关，而且尽管衍射、反射、折射、色散等等理论完全为实验所证实，但仍可以设想，当人们把用连续空间函数进行运算的光的理论应用到光的产生和转化的现象上去时，这个理论会导致和经验相矛盾。
确实，现在，在我看来，关于黑体辐射、光致发光、紫外光产生阴极射线，以及其他一些有关光的产生和转化的现象的观察，如果用光的能量在空间中不是连续分布的这种假说来解释，似乎就更好理解。按照这里所设想的假设，从点光源发射出来的光束的能量在传播中
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不是连续分布在越来越大的空间之中，而是由个数有限的、局限在空间各点的能量子所组成，这些能量子能够运动，但不能再分割，而只能整个地被吸收或产生出来。（《爱因斯坦文集》第二卷，范岱年、赵中立、许良英编译，北京：商务印书馆出版，1977年3月第1版第37～38页。）”
能量子穿透物体的表面层，??最简单的设想是，一个光量子把它的全部能量给予了单个电子??。一个在物体内部被供给了动能的电子当它到达物体表面时已经失去了它的一部分动能。此外还必须假设，每个电子在离开物体时还必须为它脱离物体做一定量的功P（这是物体的特性值——按：即逸出功）。这样一些电子离开物体的动能应为：hv-P。h是普朗克常数，v是光的频率。每个光子的能量ε=hv。
关于光电效应的发现过程简述于下：赫兹（H.Hertz）在研究电磁场的波动时偶然发现的。那是1887年，当时赫兹用两套放电电极做实验，一套产生振荡，发出电磁波；另一套充当接收器。为了便函于观察，赫兹偶然把接收器用暗箱罩上，结果发现接收电极间的火花变短了。赫兹工作非常认真，用各种材料放在两套电极之间，证明这种作用既非电磁的屏蔽作用，也不是可见光的照射，而是紫外线的作用。当紫外线照在负极上时，效果最为明显，说明负电极更容易放电。赫兹的发现以论文《紫外线对放电的影响》发表于1887年。随即引起广泛的反响。1888年，德国物理学家霍尔瓦克斯（W.Hallwachs）、意大利的里奇（A.Righi）和俄国的斯托列托夫（A.G.Staletov）几乎同时做了新的研究。实验表明，负电极在光照射
下（特别是紫外线照射下），会放出带负电的粒子，形成电流。
简言之，光电效应就是：由于光，特别是紫外光照射到某些金属表面使金属内部的自由电子获得更大的动能，从金属表面逃逸到空间的一种现象（电子逸出）。后来德国科学家勒纳德对光电效应做进一步的研究发现：电子逸出金属表面的最大速度与紫外线的强度无关。
现在让我们看爱因斯坦如何解释光电效应。对于阴极射线，爱因斯坦说，能量子钻进物体的表面层，并且至少有一部分能量转换成电子的动能。最简单的设想是，一个光量子把它的全部能量给予了单个电子；我们要假设这是实际上发生的情况。可是这不应当排除，电子只从光量子那里接受了部分能量。也就是说，光量子到达物体表面时，电子从光量子那里接收到的能量（即电子的动能1/2mv2）必须能够冲破物体表面的遏止电压对电子的束缚。故有：1/2mυ2= hv-P。这就是爱因斯坦的光电方程。这里，m是电子的质量，υ是电子的速度，v是光子的
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