史上最牛的物理學論戰,玻爾靠什麼贏了愛因斯坦3次

人類首張黑洞照片的公佈,把100多年前愛因斯坦的神預言送上了熱搜。在網友們紛紛送上“愛神”稱號,發出“你大爺還是你大爺”的感嘆時,很多人都不知道,在國內媒體隻言片語的報道下,還隱藏着一個曾3次在量子力學論戰中碾壓愛因斯坦的奇人。
他就是丹麥國寶級物理學家、1922年諾貝爾物理學獎得主、量子物理三巨頭之一、名震世界的哥本哈根學派掌門人——尼爾斯·玻爾。

史上最牛的物理學論戰,玻爾靠什麼贏了愛因斯坦3次
外表不苟言笑,辯論起來卻口才了得的尼爾斯·玻爾
成績不好賴踢球?始祖級守門員表示不服
最新消息:“著名足球運動員尼爾斯·玻爾,剛剛被授予了諾貝爾物理學獎。”第一次聽到這事的人肯定以為這是段子,然而,這確實是1922年發生在丹麥的真實新聞。
這位守門員實在太另類了,他通常沉默寡言,據説語言表達能力也堪憂。比賽時,作為丹麥最優秀與最具天賦的的球員之一,還經常神遊八方,口唸咒手掐訣,永遠一副若有所思的樣子。當時很多人都在好奇這個年輕運動員是不是在修仙?其實還真差不多,他修物理學。
苦於鑽研的學術思維能與勇往直前的體育精神合二為一,這一切,都與玻爾的成長環境有關。

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小玻爾(最右)與家人
1885年,玻爾出生在丹麥首都哥本哈根一個知識分子家庭。父親克里斯丁·玻爾既是哥本哈根大學的生理學教授,也是丹麥足球的引進者之一。在小玻爾出生的年代,現代足球對於丹麥來説還是個新鮮事物,而克里斯丁不僅將其引入哥本哈根,還在塔根斯維修了一塊球場,經常帶着小玻爾去玩。

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在足球俱樂部中,玻爾(右)和其弟弟被稱為絕代雙驕
經過童年的積累,玻爾的足球天賦在學生時代就被挖掘了出來,並被招入當時丹麥的豪門球隊「阿卡德米斯克足球俱樂部」當守門員,並多次隨隊出戰。在足球尚未形成世界潮流的時期,這支俱樂部幾乎橫掃丹麥,曾分別在1913年、1919年和1921年奪得丹麥冠軍,直到1967年他們共有9次奪冠。作為早期主力門將的玻爾,其實力可見一斑。
球技這麼牛掰的運動員,學習成績應該很一般吧?事實恰好相反,玻爾在體育上衝勁十足,也同樣有着近乎死心眼的較真。
小時候的他就極其追求完美,堅定地將“大膽而嚴謹”(愛因斯坦原話)進行到底。在一堂圖畫課上,老師要求大家畫出自己家的房子。玻爾畫着、畫着便向老師打報告説要回家,原因竟是“我實在記不清家裏圍牆有多少根柱子了。”
不僅如此,才剛上小學不久,他就敢公開向老師叫板,指出教材中的錯誤,經常弄得場面十分尷尬。老師表示:“這孩子教不了,教不了……”
秉承着這種一根筋的精神,玻爾在物理領域簡直如魚得水。

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玻爾在物理學領域堪稱天才
18就考入了哥本哈根大學,22歲拿到了丹麥皇家科學與文學院的金質獎章,26歲獲得哲學博士學位。1913年,他轉戰原子結構,寫出了《論原子構造和分子構造》,成功解釋了氫原子和類氫原子的結構和性質,提出了玻爾模型。1920年,他又創建哥本哈根理論物理研究所,靠着個人魅力吸引來了一大批物理學大佬,如諾貝爾獎得主海森堡、泡利、狄拉克等人,形成了哥本哈根學派。

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哥本哈根學派的量子力學大咖們

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一張圖讓你感受下哥本哈根學派的實力
由於良好的學術討論氛圍,這個學派逐漸成了上世紀二三十年代全球物理學研究的中心,到現在,都依然是物理學家們的“朝拜聖地”。
量子力學的巔峯對決,愛因斯坦竟從未贏過
要説玻爾一根筋的性格沒有一點壞處,那是絕對不可能的。他在“電子之父”J.J.湯姆森面前的莽撞,就曾差點斷送了自己的前程。
那時,正是經典物理大廈搖搖欲墜的年代,玻爾當時也明顯感受到經典力學在描述原子現象時的困難。於是博士畢業後,他便帶着各種疑問前往英國劍橋,想跟自己的偶像J.J.湯姆森進行更深入的學習。

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“葡萄乾布丁式”的原子模型
然而,他經過研究發現,湯姆森提出的“葡萄乾布丁式”原子模型有很多不合理的地方,於是第一次見面他就拿出偶像的論文,用生澀的英文指出了裏面的幾處錯誤。

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“電子之父”——J.J.湯姆森
湯姆森四年前才剛獲得諾獎,德高望重,完全看不懂玻爾這是什麼操作,場面幾度陷入尷尬。耿直的玻爾卻完全沒有察覺,臨走時還不忘請湯姆森看下自己的論文,希望能幫助發表在英國皇家學會的刊物上。
當然,後來他的這篇論文被不置可否地束之高閣了……
但這並未改變玻爾的質疑精神,他後來參加的辯論無數,常常一個理論就能跟別人辯上好幾年,甚至是一生。連他的學生海森堡都説:“玻爾在爭論的對手面前不肯退後一步,而且有絲毫的含糊不清,他都不能容忍。

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玻爾vs愛因斯坦:物理大佬的頂級對決
這種情況下,他註定要和物理界的巔峯強者愛因斯坦相遇,並組成一對相愛相殺的天才CP。實際上,這兩人從1920年第一次見面起,就在認識上發生了嚴重分歧,之後便開始了終身的論戰,幾乎一見面就有掐架發生。
玻爾,上帝不擲骰子!
愛因斯坦,別去指揮上帝應該怎麼做!

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玻爾和愛因斯坦:大佬們掐個架的姿勢都這麼與眾不同
這句經典的對話,便是這場論戰的開端與往後爭論的核心。
Round1:
當時,在量子力學誕生後,以玻爾、海森堡和泡利為主的哥本哈根學派認為,量子力學本身已經是完備的理論,而愛因斯坦則一直批評它並不完備。在1927年第五屆索爾維會議上,兩人的火藥味就濃得嗆到了當場的幾十位世紀最強大腦。

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第五屆索爾維會議,20世紀智商最高的合照
這場智商的巔峯碰撞猶如物理學家之間的點球大戰:愛因斯坦化身前鋒,針對量子物理學提出各種疑問,而玻爾則盡顯守門員本色,將各種質疑一一化解,防守得滴水不漏。
Round2:
吃癟的愛因斯坦吸取教訓,沉澱了3年後,在第六屆索爾維會議上,他不再隨意射門,而是有備而來。他提出了著名的思想實驗——光子盒,準備以此擊敗玻爾。

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光子箱構思圖
起初玻爾的確是被打得措手不及,然而他帶領小弟們抓了一晚上頭皮,最後竟然在次日天才地反用愛因斯坦的相對論,證明這個思想實驗是有缺陷的,再次防守成功。
Round3:
看着愛因斯坦屢屢受挫,作為獨行俠的薛定諤也看不下去了,他把自家那隻最有名的貓牽出來折騰哥本哈根學派。但玻爾最擅長防守,他回答道:是啊,你家那隻貓半死不活的,嗆得薛定諤差點一口氣沒上得來。

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薛定諤與他的貓
看到支持者被欺負,1935年,愛因斯坦拉上波道爾斯基和羅森聯名發表了EPR 文章,把攻擊的矛頭從量子理論內部邏輯自洽性,轉到了量子理論完備性上來。試圖用實驗證明,量子力學的正統實驗是變態、侮辱人智商的。
這個實驗提出了一個問題:如果兩個粒子相隔億萬之遙,你對着一個粒子吹口氣,另外那個粒子也會馬上做出反應,可能嗎?
可能,這就是玻爾的回答。量子糾纏後的兩個粒子就是有着鬼魅般的超光速聯繫,然後事實證明玻爾仍然是對的……

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愛因斯坦與玻爾
很多人都覺得學術上的針鋒相對,很容易導致私下交惡,但他們兩人明顯不屬於這種類型。愛因斯坦曾這樣評價玻爾:“他將大膽和謹慎兩種品質難得地融合,無疑是我們科學領域最偉大的發現者之一!

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“曼哈頓”計劃參與者合影
玻爾也的確不負愛因斯坦的讚賞,二戰後期納粹預謀製造原子彈,他義務反顧地參加了美國的“曼哈頓計劃”,但他的主要目的不只是協助研製原子彈,而是看得更遠——我們在製造“人間死神”,那麼製造完成後,到底該如何處理它?他是一位科學家,政治不是他的專業,他只懷有和平主義的理念。
更出乎意料的是,不善言辭的他,幾乎用了一生的時間去懷念愛因斯坦這位對手。1962年,玻爾因心臟病突發在家中逝世,去世前一天,他工作室的黑板上,仍然畫着當年愛因斯坦光子箱的草圖……

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