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玻尔的童年小故事

发布时间: 2021-01-27 22:13:31

『壹』 尼尔斯·玻尔的人物轶事

成功前的“准备”
玻尔在童年时代是一个行动缓慢但做事专心的孩子。他在学校里各门功课都很好,尤其是物理学和数学。他还酷爱文学,但本族语学得很费力。他一生都用功克服这一困难,花了很多时间一遍一遍地抄写手稿,不管是科学论文、大会发言稿,还是给朋友的信件。这反映了玻尔对准确性的迫切要求和使自己的著作能传递尽可能多信息的强烈愿望。为了培养玻尔的动手能力,他父亲为他购置了车床和工具。心灵手巧的玻尔很快就熟练地掌握了金工技术,并敢于修理一切损坏了的东西,家里的钟表或自行车坏了,都是玻尔自己动手修理。
足球轶事
玻尔进入哥本哈根大学后,很快就成了哥本哈根大学足球俱乐部的明星守门员,他习惯在足球场上一边心不在焉地守着球门,一边用粉笔在门框上排演着公式。玻尔后来进入科研机构,专心于原子物理研究,但他仍不忘心爱的足球,业余时间常把踢足球当做休息,成为一名不折不扣的“科学家球星”。不过他也有分神的时候,据丹麦AB队史料记载,在一场AB队与德国特维达队的比赛中,德国人外围远射,玻尔却在门柱旁边思考一道数学难题。
亦敌亦友
玻尔和爱因斯坦是在1920年相识的。那一年,年轻的玻尔第一次到柏林讲学,和爱因斯坦结下了长达35年的友谊。但也就是在他们初次见面之后,两人即在认识上发生分歧,随之展开了终身论战。他们只要见面,就会唇枪舌剑,辩论不已。1946年,玻尔为纪念爱因斯坦70寿辰文集撰写文章。当文集出版时,爱因斯坦则在文集末尾撰写了长篇《答词》,尖锐反驳玻尔等人的观点。他们的论战长达30年之久,直至爱因斯坦去世。但是,长期论战丝毫不影响他们深厚的情谊,他们一直互相关心,互相尊重。爱因斯坦本来早该获得诺贝尔奖,但由于当时有不少人对相对论持有偏见,直到1922年秋才回避相对论的争论,授予他上年度诺贝尔物理奖,并决定把本年度的诺贝尔物理奖授予玻尔。这两项决定破例同时发表。爱因斯坦当时正赴日本,在途经上海时接到了授奖通知。而玻尔对爱因斯坦长期未能获得诺贝尔奖深感不安,怕自己在爱因斯坦之前获奖。因此,当玻尔得知这一消息后非常高兴。立即写信给旅途中的爱因斯坦。玻尔非常谦虚,他在信中表示,自己之所以能取得一些成绩,是因为爱因斯坦作出了奠基性的贡献。因此,爱因斯坦能在他之前获得诺贝尔奖,他觉得这是“莫大的幸福”。爱因斯坦在接到玻尔的信后,当即回了信。信中说:“我在日本启程之前不久收到了您热情的来信。我可以毫不夸张地说,它像诺贝尔奖一样,使我感到快乐。您担心在我之前获得这项奖金。您的这种担心我觉得特别可爱——它显示了玻尔的本色。”
关于氧气面罩
二战与战后二战期间德军占领丹麦,海森堡前往哥本哈根与玻尔相见,即哥本哈根会见。此次会谈的内容各当事人说法不一,至今仍然在争论之中,但可以确定的是海森堡的话让玻尔十分生气,并损害了他们俩的友谊。为避免被德军扣留,玻尔被迫于1943年逃离丹麦,坐船前往瑞典,然后坐一架小飞机到达伦敦。为了防止被人发现,飞机要飞得很高。据说玻尔因为专心思考,而忘记了戴氧气面罩;另一种说法是玻尔的头太大,面罩尺寸不合适,使得玻尔在空中曾失去了知觉。 1937年初,尼耳斯·玻尔与夫人玛格丽特和儿子汉斯·玻尔访问美国。2月初,当时在美国的周培源受北京大学和清华大学的委托,邀请玻尔访华。2月27日,北平清华大学吴有训教授致电玻尔(美国加州伯克利转),邀请他顺访北平。3月11日,吴有训又致电玻尔,邀请他访问中国。3月27日,中央研究院、国立北平研究院、国立北京大学、国立清华大学、国立中央大学和中华教育文化基金会等的领导人蔡元培、李书华、蒋梦麟、梅贻琦、罗家伦、孙洪芬联合发出正式邀请信,请玻尔访华。4月10日,北平国立清华大学吴有训再次致函玻尔,邀请他访华。
1937年4月30日玻尔给吴有训回信,感谢来自中国大学和科学机构的邀请,并告知将于5月20日到达上海,在中国逗留两三个星期。在中国讲演的题目是“原子核”和“原子物理中的因果性”。5月7日,玻尔又致函吴有训,信中说收到了浙江大学的邀请,所以想把杭州之行纳入他在中国的旅行日程之中。5月7日吴有训回复玻尔,寄上玻尔在中国旅行的日程草案,征求他的同意。
1937年5月20日(星期天)下午4时,玻尔偕夫人及儿子汉斯·玻尔乘客轮抵达上海,受到中央研究院物理研究所所长丁燮林及上海科学界著名人士的热烈欢迎。下榻花园饭店。
5月21日上午10时,丁燮林陪同玻尔父子参观物理研究所。下午又陪玻尔到上海交通大学讲“原子核”。演讲后由交大校长黎照寰设茶点款待。晚7时,中央研究院物理研究所所长丁燮林和化学研究所所长庄长恭在北四川路新亚酒楼联合宴请玻尔教授及夫人和公子。物理研究所顾静徽女士(她是中国第一位女物理学博士)在座。
5月22日上午10时,丁燮林、杨肇濂等陪同玻尔一家到上海市中心区参观。晚上,由中国物理学会、化学会及中国科学社设宴款待。
5月23日玻尔一家由浙江大学文理学院院长胡刚复陪同,于8时25分乘火车赴杭州。12时30分到达杭州,受到物理系主任张绍忠教授、何增禄、束星北、王淦昌等物理学家的欢迎,下榻西泠饭店。下午游西湖。晚7时,竺可桢校长在大华饭店设宴招待。竺可桢因事未能出席,由一位哲学家(可能是郑晓沧)代表主持。
5月24日上午9时,胡刚复、束星北、王淦昌、何增禄、张绍宗、梅光迪夫人陪同玻尔一家游览了西湖、灵隐寺、龙井、九溪十八涧、六和塔等地。下午5时,玻尔在浙大文理学院作了题为“原子核”的讲演。讲演时间约一小时半,会议由竺可桢校长主持。胡刚复作简要介绍。
晚7时半,浙江省政府主席朱家骅(及夫人朱程佩芬在省府设宴款待玻尔夫妇及公子。应邀作陪的有竺可桢、程远帆夫妇、梅光迪夫妇、楼光来、胡刚复和郑晓沧。
在玻尔访问杭州期间,王淦昌与束星北和他讨论了许多物理问题。王淦昌曾问他是什么原因引起了宇宙线中的簇射现象。玻尔回答说这个问题已经搞清楚了。这种现象是由电磁相互作用引起的。从1927年到1937年,玻尔和爱因斯坦已就量子力学的诠释问题进行长达十年的争论,其间1927、1930、1935是三次高潮。在杭州,束星北直截了当地问玻尔对这场大论战持什么看法。玻尔直率地回答,在这个问题上,他是对的,而爱因斯坦的想法不对。40多年后对量子“纠缠态”的实验确认,证明玻尔确实是对的。
5月25日上午8时,玻尔一家乘火车去上海,何增禄、王淦昌、束星北陪送至长安站告别。玻尔一家在上海进午餐和晚餐,晚12时,坐火车去南京;丁燮林到车站与玻尔告别。
5月26日(星期三)早晨,玻尔一家到达南京。中央研究院秘书王毅候和国立中央大学周教授(可能是周同庆)到车站迎接。中央研究院院长蔡元培在5月24日就留下了一封欢迎信,说明因自己不在南京,为不能到车站欢迎您深感遗憾,并希望玻尔在南京的短暂停留愉快。
在南京期间,玻尔在中央大学科学馆作了题为“原子核”的讲演,在中央大学讲了“原子物理中的因果性”,游览了明孝陵和中山陵,参观了中央研究院几个研究所,出席了若干活动,与国立中央大学校长罗家伦、中央研究院历史语言研究所的赵元任教授等进行了交流,并访问了金陵女子学院。
5月28日玻尔夫妇与公子于上午7时45分乘火车离开南京赴北平。
5月29日(星期六)下午1时55分,玻尔一行到达北平前门车站,受到清华大学理学院院长吴有训(正之)、北京大学理学院院长饶毓泰(树人)、北平研究院院长李书华、中华教育文化基金会干事长孙洪芬等文化教育界著名人士的热烈欢迎。下榻北京饭店501房间。下午游了北海公园。
5月30日上午9时,吴有训陪同玻尔夫妇与公子游了天坛,午餐后,又陪他们游览了故宫。晚7时,国立清华大学、中华文化教育基金董事会、国立北平研究院、国立北京大学联合宴请玻尔夫妇与公子,座设松公府北大教职员俱乐部。
5月31日,上午10时,北大饶毓泰教授陪同玻尔一家游览景山。下午3时,玻尔在北大理学院讲演厅作题为“原子核”的讲演。在讲演前,玻尔参观了北大物理实验室。在该室吴大猷、郑华炽等人做了研究拉曼效应的光谱实验,并在测量“苯”的光谱时发现了两条很相近的谱线,一条强度大,而一条却很弱。当玻尔看到光谱照片时,对我国物理学家能在当时条件下拍好需要几百小时的曝光时间才能拍下的照片表示十分赞赏。讲演以后在花园中饮茶喝咖啡。然后与北大校长蒋梦麟夫妇以及中国的物理学家、数学家等合影。
从6月1日到6月6日,玻尔游览了故宫、颐和园、十三陵、长城等名胜古迹。在吴有训陪同下,参观了清华大学赵忠尧和霍秉权的实验室,在梅贻琦校长家中用餐。他还参观了北平研究院、静生生物调查所、国立北平图书馆等机构,在北大理学院作有关“原子物理中的因果性”的讲演,参加了中国科学界、教育界、文化界举办的若干活动,与众多科学文化界人士曾昭抡、熊庆来、洪谦等进行了交流。
6月7日(星期一)上午10时,玻尔在北大又作一次非正式讲演并参加讨论,之后玻尔夫妇与公子一起被邀到北大校长蒋梦麟家中用午餐。晚上,玻尔一家乘火车去山海关,再转乘火车赴苏联。
在玻尔来华前在美国时,柯达胶卷公司送他一部小电影机和彩色电影胶卷(当时还是试用的非卖品)。玻尔在泸杭路的火车上,在杭州游览西湖、岳坟、灵隐寺时,在南京游览明陵和中山陵时,在北平游览十三陵时,拍了沿途风光。在北平还拍了用花轿迎亲的场面。特别珍贵的是,影片记录了浙江大学何增禄、王琻昌、束星北三教授在浙江长安车站翘首送别,依依不舍的情景。这可能是在中国拍摄的最早一部彩色电影(现存丹麦玻尔文献馆)。
在玻尔访问上海、杭州、南京、北平期间,上海《大公报》、杭州《东南日报》、南京《中央日报》、北平的《晨报》都有所报道。在玻尔离开中国以后,1937年7月1日出版的《学艺》杂志第16卷第3号,发表了戴运轨的“Bohr教授的讲演”和石延汉的“波尔(NilesBohr)氏和量子论”两篇文章。戴运轨的文章称玻尔是“20世纪原子物理学的开拓者”,并介绍了玻尔在南京中央大学的两次讲演。石延汉的文章称玻尔是“世界今日最大的物理学家之一”。
玻尔离开北平后一个月,就发生了卢沟桥事件,中国进入了8年艰苦卓绝的抗日战争以及后来的3年国内战争。在此期间,玻尔与中国联系不多,有交往的仅有张宗燧(物理学家,哲学家张东荪的儿子)、胡宁(物理学家)、罗忠恕(华西大学文学院院长、联合国教科文组织哲学顾问)等几位学者。特别是张宗燧,他在玻尔研究所工作时间最长,与玻尔交往最久,和玻尔一家建立了深厚的、感人的友谊。

『贰』 玻尔保护诺贝尔金质奖章的故事中玻尔是用什么方法从液体中提取出金的

他把铜放进王水中,置换出了里面的金,运用的是金属的活性顺序规则,前面的金属壳以置换出后面的金属。

『叁』 关于自信的例子

物理学家玻尔小时候非常喜欢拆卸家里的东西。有一次,他三两下就把家里一辆有点回问题的自行车给拆了答。当他想把自行车装上的时候,却怎么也装不回去了。玻尔非常着急,家里人也很着急,这时,父亲对儿子说:“爸爸知道你能装回去的,不要着急,想一想你是怎么拆下来的,然后你就能够装回去了。”

在爸爸的鼓励下,玻尔静下心来,仔细回想了拆卸的过程,又仔细地把各个零件研究了一番。果然,最后把自行车重新装了回去,而且修好了原有的小毛病。

在以后的科学研究工作中,不管遇到多大的挫折和困难,玻尔都会充满自信,从不丧失信心,所以,他获得了很大的成功。0

『肆』 波尔表的品牌故事

BALL WATCH—始于1891年,
火车和手表制造似乎是两件毫无联系的事,但在1891年一个充满厄运日字,它们却紧紧地纠缠在一起。
那天美国俄亥俄州两列邮件列车悲惨地相撞了,那在四月十九日发生的悲剧,导致两列列车的驾驶员全部死亡,还有其他九名人员在撞车事件中丧生。这次事件更催使现代精密制表行业中一个伟大名称的诞生。
在那次意外之后,来自俄亥俄州克利夫的波尔先生被铁路公司列为总检察官,导致那场意外的原因其实简单透顶,事后的研究表明:由于时钟故障导致计时错 误。 其中一列火车上的工程师的手表停了四分钟,但他不知道,依然继续前进,还在想着再有七分钟就到站了,到那里就可以将车道让给另外一列火车,然而事实上,他离死亡却只有三分钟。 为了杜绝类似的事情再次发生,铁路当局在Webb C. Ball先生的各项职责中,托付他一件主要的任务,就是监管并记录铁路时间。1996年俄亥俄州克利夫兰市(Cleveland, Ohio)举行该湖上城市创立二百周年庆典,并且表扬克利夫兰市过去功勋卓著、成就显赫的伟人和英雄,细说他们的丰功伟绩。
在这些克利夫兰伟人当中,WEBSTER CLAY BALL先生的成就,不单遍惠国民,在时计学上的贡献,亦受世人推崇,斐声国际。Webb C. Ball于1847年10月6日在俄亥俄市费达力镇(Fredericktown)出生。
当1883年标准时间制度被采用,Webb C. Ball成为首位克利夫兰珠宝店商采用首都华盛顿海军天文台发送的报时信号,为克利夫兰发布准确时间。1891年7月19日,湖岸铁路线的总监韦德(P.P. Wright)委派Webb C. Ball出任湖岸线首席检察官,他的手表检查系统日后发展成庞大的网络,覆盖全美国75%的铁路,超过175,000哩铁路。及后,这系统亦扩展至墨西哥及加拿大。
Webb C. BALL所创立的系统是首个获得广泛接受和称许的成功铁路时计系统。他的系统为铁路开创标准,协助确立准确及统一的计时方法,亦让铁路授时系统及铁路时计成为人们心中计时标准典范。总括而言,如果普通市民向铁路员工查问时间,他们都会确信这个时间是准确的。波尔的公司最初不直接生产手表,而是帮助建立一套用于铁路服务的精确授时标准,并为铁路计时器设计可靠的时间检测机制。他为制造耐用,精准的计时器建立了一套严格的设计原则,比如抗磁性,5个方向上的可靠性,等时性,能量储藏,上链方式,同时还包括对手表可靠性的定期记录。今天,瑞士天文台认证标准(COSC)还是基于波尔的标准。
使用瑞士手动上链机芯,并遵循波尔设计原则的腕表是首批可以在铁路上使用的腕表。不久后,由第一家美国公司Elgin制造的腕表也“上路”了。波尔是一家始终由其后代掌控的家族企业。但在20世纪90年代,公司名字的使用权被卖掉。估计是99年
(In 1999, the BALL WatchCompany changed hands but remained faithful to its original philosophy.)。
新公司保持了传统,使用瑞士机芯(主要是ETA)制造适合运动的手表和一些小规模铁路运输的手表。
从2006年,在美国和亚洲取得不错成绩的波尔开始进军欧洲市场。目前,主要是在西班牙,英格兰和瑞士市场。同年,公司的总部在由美国纽约搬到瑞士La Chaux-de-Fonds。


美国有句俗语,叫做“on the ball”(机灵,留心,勤奋,有见识),据说是来自波尔的手表标准和它带来的准确性的好名声。
为了杜绝类似的事情再次发生,铁路当局在波尔先生的各项职责中,托付他一件主要的任务,就是监管并记录铁路时间。手表制造商也立刻开始对所有铁路员工配戴的手表进行隔周检查,所有检查工作都由经过审查的手表制造商来完成。波尔先生为此设立了严格的标准,严禁采用误差超过30秒钟的时计。
正是波尔先生的标准系统确保了计时的精确和统一,也建立了铁路时间和铁路手表作为精确计时的标准,这个网络最终覆盖了美国百分之七十五的铁路。波尔先生的成就受到了国际社会的称赞,不仅是因为他作为一个普通公民的贡献,更因为他在钟表制造史上充当的角色。
今天,波尔表在美国是最受尊敬的手表品牌之一。在二十一世纪,波尔表在他的领域中继续领先,紧随消费者的步伐,但尽管产品外观发生了变化,品牌的创立精神 —强调实用性— 却从来没有被打过折扣。
在波尔先生原先的详细标准中,含有诸如手表表盘需要严格遵从他的设计原则的铁路手表标准,每一个细节,从指针的形状到数字的形式,都按他准确计时的要求被制定出来。
这就是波尔家庭仍然坚持的精神。对于在今天的分秒必争社会,瞬间的决定将会改变世界,这是公认的看法。波尔表:“始于1891年,在恶劣环境中,依然准确无误”。

『伍』 一位外国科学家,在自己国家被侵略时将自己的奖杯用王水溶化幸免被劫,此科学家的名字以及完整故事!

波尔黄金奖章的故事

波尔是丹麦物理学家。他由于研究了氢原子的量子轨道理论而获得诺贝尔物理学奖。他的学生海森堡、朗道等10多位科学家都获得过诺贝尔奖。波尔的儿子也获得了诺贝尔奖,他对核物理的发展,特别是量子力学的发展作出了重要的贡献。
第二次世界大战时,波尔的祖国丹麦被德国法西斯所占领。由于当时盟军和德军都在急切地研究、制造原子弹,都想先于对方造出原子弹,而波尔又是核物理研究的大师,他的研究成果对于制造原子武器具有重大的指导意义,因此,双方都想得到波尔。
通过地下组织与盟军的联系,波尔决定潜逃到英国。为了避免飞机被德国的雷达发现,盟军决定用一架木制的小飞机悄悄地将波尔接到英国,再将他送到美国,参加美国正在进行的曼哈顿工程(任务是制造原子弹)。临到离开自己的祖国和人民,波尔恋恋不舍。他想带走那枚诺贝尔奖章,作为一种珍贵的想念。但是,他又怕因此而带来危险。经再三考虑,他决定什么也不带。但是,奖章必须好好地保存起来。于是,他将金质奖章浸泡在王水溶液中,谁也不会想到,一瓶黄色溶液中,竟存着一枚诺贝尔奖章呢?
什么是王水呢?王水是浓盐酸和浓硝酸按一定比例混合而成的一种酸性溶液,它有很强的溶解能力。黄金不溶于盐酸,也不溶于硝酸,但能溶于由盐酸和硝酸混合而成的王水。波尔的诺贝尔奖章就静静地“躺在”了王水中。
第二次世界大战结束后,波尔回到自己的家乡,那溶解了奖章的王水溶液还在,那个瓶子一动也没有动过。他用置换法从溶液中析出黄金,再把这些黄金加工成了诺贝尔奖章。其样子与原来的奖章一模一样。
黄金不能溶解于酸,为什么能溶解于王水呢?浓硝酸是一种强氧化剂,而浓盐酸中的氯离子能与金元素组成络化物。在络合剂和氧化剂的双重作用下,金原子就溶解了。溶解的过程中,金原子参加了复杂的化学反应,黄金分子变成金离子。
此后,将黄金从溶液中析出,那是一种置换反应,金离子获得电子变成了原子。而活泼金属则由原子变成了离子。

『陆』 科学家的发明故事

玻尔保来护诺贝尔金质源奖章
玻尔是丹麦物理学家、诺贝尔奖章获得者。第二次世界大战期间,由于德军即将占领丹麦,玻尔被迫要离开自己的祖国。他坚信以后一定能返回祖国,决定把心爱的诺贝尔奖章留下。为了不使奖章落入德军手中,他把奖章溶解在一种溶液中,并存放在瓶子里。丹麦被德军占领后,纳粹分子闯进玻尔家中,连奖章的影子也没发现。战后,玻尔从溶液中提取出金,又重新铸成了奖章。
玻尔是用什么溶液使金质奖章溶解的呢?这种溶液就是王水。王水的氧化性比硝酸强,可以使金溶解。这位伟大的科学家不仅用他的知识和智慧保住了奖章,还用他那蔑视敌人、热爱祖国的精神,鼓舞着后人。

『柒』 关于玻尔忙中出错的故事是怎样的

第一件——忙中出错。玻尔在瑞典到英国途中,被安置在一架“蚊”式飞机的弹版舱里。权飞机被气浪颠簸,也可能遭遇德机,情况很危急。虽然环境如此险恶,但蜷缩在弹舱里的玻尔仍然在全神贯注地思考他要解决的科学问题。以致没有戴上飞机上必备的联络耳机,因此没能听到飞行员让他戴上氧气面罩的通知。当飞机升到空气稀薄的高空时,他已经因缺氧昏过去了。在伦敦机场上,欢迎他的人们发现他已奄奄一息。但更使玻尔懊恼的是,在匆忙出逃时带走的、在生死攸关的航程中豁出命来保护的“重水瓶”,竟是一瓶地地道道的丹麦啤酒!原来,装重水的瓶子是一只啤酒瓶——他也会忙中出错。

『捌』 爱因斯坦和波尔的故事,要简略的,谢谢

这就是事实 你可以调一个方面论述 人要在压力 强大的敌人 面前才全力以赴
这就是人类发展

在20世纪物理学的发展中,爱因斯坦和玻尔是两位最伟大的科学巨匠,他们都创造了现代物理学的辉煌,然而他们对现代物理学的基本问题却有着自己独特而深刻的见解,由此引起了长期的争论,成为两个最伟大的心灵之间的冲突.
两位科学巨匠争论的问题,主要不在于量子理论本身的内容与形式,而在于量子理论的解释方面,即关于作为量子理论基本特征的不连续性与统计性的说明方面.因此,争论主要发生在1927年哥本哈根学派系统地提出量子力学解释以后,但随着量子理论的不断成熟,两位科学巨匠思想上的差别也不断明显.下面我们将按照争论的不同阶段和特点,讲一讲有关的故事.
第一阶段(1927年以前).量子力学逐步建立,量子力学的哥本哈根解释还没有提出,但对于量子理论中出现的、引人注目的不连续性与因果性问题,即涉及到是坚持还是放弃经典物理学的信条,爱因斯坦与玻尔的态度却有很大的不同,因而开始个别地、直接或间接地进行了争论.
爱因斯坦虽然提出了光的波粒二象性,但从根本上他不准备放弃连续性和严格因果性,因为这些正是相对论的基本特征.他还坚持相信对于原子过程能够给出连续的机制和直接的原因,而这种原因一旦被得到、被重复,现象即会无一例外地以决定论方式精确地出现.
而玻尔则认为,这一理想并不总被满足,由于观察操作引起的扰动不能任意小,我们只能谈论一种“单元事件体”.例如电子从激发态到基态的某一次跃迁,比这更细微的过程我们便无法认识到.因此,对于经典物理学的连续性和严格因果性必须放弃.
这场争论的开始可以追溯到1920年春天,当时玻尔和爱因斯坦这两位科学巨匠在柏林会晤.虽然玻尔十分赞赏爱因斯坦对相对论的贡献以及对普朗克定律的巧妙的推导,但是他难以接受爱因斯坦的光量子概念.因此在1920年4月他对柏林物理学会所作的关于《光谱理论的现状及其在不久的将来的发展的各种可能性》的讲演中,虽然这个题目同光子理论有密切关系,他却仅仅在一个地方提到“辐射量子”的观念,而且这还可能只是出于对也参加了这个报告会的爱因斯坦的尊重;玻尔立即补充道:“我将不在这里讨论‘光量子假设’在干涉现象上所带来的众所周知的困难了,而辐射的经典理论对于说明干涉现象却是这样合适.”
在玻尔看来,经典物理学和量子理论是不可调和的,虽然它们通过对应原理以渐近的方式联系着.而爱因斯坦则是一切物理现象应该有一个统一的因果理论的坚定信仰者.从他在1919年6月写给玻恩的一封信中,我们可以看出他心目中对玻尔的二分法是颇为反感的:“量子论给我的感觉同你的感觉非常相像.人们实在应当对它的成功感到羞愧,因为它是根据教会的信条‘不可让你的左手知道右手所做的事’而获得的.”
在没有会晤玻尔以前写给玻恩的另一封信中,爱因斯坦写道:“关于因果性的问题也使我很伤脑筋.光的量子吸收和发射是否有朝一日总可以在完全的因果性的意义下去理解呢,还是一定要留下一个统计性的尾巴?我必须承认,在这里我缺乏判决的勇气.无论如何,要放弃完全的因果性,我将是非常、非常难受的……”
1920年3月,爱因斯坦在给玻恩的信中又写道:“我在空暇时总是从相对论的观点来沉思量子论的问题.我认为理论并不见得非得要放弃连续性不可.但是,迄今我未能把我的宝贝想法具体化,这个想法就是用过分确定条件下的微分方程来理解量子的结构.”鉴于这一段话,我们就不难理解,为什么爱因斯坦后来对薛定谔的波动力学是那样“热情”.
1923年,康普顿效应被发现后,玻尔同爱因斯坦的争论达到了头一次高潮.看来康普顿效应是绝对支持光的粒子说的,因此就要求玻尔一方相应采取断然的步骤.
为了回答这个挑战,玻尔在1924年同克拉默斯和斯莱脱一起写了著名的论文《辐射的量子理论》.这篇文章完全摈弃了爱因斯坦关于辐射的量子结构的观念,而是假设用抽象的几率波来说明实在的电磁波,从而进一步突出了不连续性与统计性的根本性质.
该年4月,爱因斯坦在致玻恩的信中写道:“玻尔关于辐射的意见使我很感兴趣.但是,在有比迄今为止更为有力得多的反对严格的因果性的证据之前,我不想轻易放弃严格的因果性.我不能容忍这样的想法:受到一束光照射的一个电子,会由它自己的自由意志来选择它想要跳开的时刻和方向.如果是那样,我宁可做个补鞋匠或者甚至赌馆里的一名佣人,都比当个物理学家强.不错,我要给量子以明确形式的尝试,一而再、再而三地失败了,但是,我还是不想长远地放弃希望.”
第二阶段(1927~1930年).在玻尔提出对应原理和哥本哈根学派提出波函数的几率解释的基础上,1927年海森伯提出“测不准关系”.同年9月,玻尔在意大利科摩市召开的纪念伏打逝世100周年的国际物理会议上发表了题为《量子公设和原子理论的最近发展》的讲演,提出著名的“互补原理”,进一步引起了学术界的巨大震动.
互补原理认为“微粒和波的概念是互相补充的,同时又是互相矛盾的,它们是运动过程中互补图像.”玻尔特别指出,观察微观现象的特殊性,由于微观客体中最小作用量子h要起重要作用,因此微观客体和测量仪器之间的相互作用是不能忽略的.这种相互作用在原则上是不可控制的,是量子现象不可分割的组成部分.这种不可控制的相互作用的数学表示就是测不准关系.由此决定了量子力学的规律只能是几率性的;为了描述微观客体,必须抛弃决定性的因果原理;而量子力学精确地描写了单个粒子体系状态,它是完备的.
一个月以后,在布鲁塞尔举行了第五届索尔维物理学会议.10月24日早晨,在一种满怀期望的心情中,全世界的物理学权威们济济一堂,来对新量子论的意义交换意见.科摩会议的大部分参加者出席了这次会议,此外参加者中引人注目地增加了爱因斯坦、埃伦费斯特和薛定谔.
玻尔在会上又一次阐述了他的互补原理,量子力学的哥本哈根解释为当时许多参加者所接受.但是它也受到来自各方面的批评,特别是爱因斯坦公开的批评.他在会上发言说:“我必须请大家原谅,因为我对量子力学并没有深入的研究.虽然如此,我还是愿意谈一些一般性的看法.”
爱因斯坦认为,波函数不是代表单个电子,而是代表分布在空间中的电子云.|ψ|2表示在被观察的那一部分空间有电子云的一个粒子存在的几率,而不是表示在所考虑时刻的那一瞬间一个特定的粒子存在于所给地方的几率.因此,量子力学只能给出相对来说是无限多个基元过程的集合的知识,而不能完备地描述某些单个过程.
会上进行的争论,在会后的交谈继续进行.会议参加者一般是在早餐以后就在旅馆中见面了,爱因斯坦就开始描述一个理想实验,那是他认为可以通过分析坐标和动量的测量来驳倒测不准关系.于是玻尔、海森伯等就分析这个理想实验,并在晚饭桌上由玻尔把分析的结果告诉爱因斯坦.这样,爱因斯坦又提出了另一个理想实验,但是在玻尔、海森伯这两位擅长分析理想实验的专家面前,爱因斯坦非但没有驳倒测不准关系,反而被哥本哈根学派抓到了不少把柄.当然,爱因斯坦的挑战还是促使哥本哈根学派去深入地研究量子力学的测量问题.
1930年,第六届索尔维物理学会议又在布鲁塞尔举行.会议原定的主题是讨论“物质的磁性”.可是,会上围绕量子力学基础的讨论却成了主要内容.
在这次会议上,爱因斯坦提出了一个“光子箱”的理想实验,试图通过能量和时间可以同时精确测量,由此来驳倒能量与时间的测不准关系.
设有一个用弹簧秤挂在固定底座上的不透明的箱子,箱子的一个壁上开了一个小孔,小孔上装着一个用计时装置来控制其启闭的快门.通过挂在箱子下面的砝码和装在箱子侧面的指针,可以测定整个箱子的总重量.爱因斯坦设想,快门从时刻t1打开到时刻t2关闭,中间经历的时间△t=t2-t1很短,以至只有单独一个光子从箱子中放出.在t1之前和t2之后,都可以要多准确就多准确地测定箱子的重量,并从而根据质量和能量的关系式E=mc2来推出箱子的发射光子以前和以后的能量之差.另一方面,按照计时装置的读数也可以要多准确就多准确地确定光子的发射时刻及其到达远处屏幕上的时刻.这样,按照爱因斯坦的想法,关于能量和时间的测不准关系似乎是不能成立的了.
爱因斯坦的这种争论方式出乎玻尔的意外,以致使他大吃一惊.据目击者回忆,当时玻尔面色苍白,呆若木鸡.但是,在经过一个不眠之夜的紧张思考之后,他终于找出了问题的症结所在.他发现爱因斯坦在上述论证中,竟忘记他自己发明的效应:在引力场中,时钟会延缓.结果使爱因斯坦否定测不准关系的光子箱实验,反倒成了论证测不准关系的理想仪器.从此以后,爱因斯坦承认量子力学的内在体系是自洽的,但他仍坚持认为量子力学不是微观体系的、完备的、最终的描述.
第三阶段(1930年以后).量子力学理论体系取得了更加完美的形式,但有关量子理论的完备性的争论仍继续进行着.1935年5月,爱因斯坦同两位年轻的美国物理学家波多耳斯基和罗森在美国《物理评论》47期发表了题为《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?》的论文,在物理学界、哲学界引起了巨大的反响,玻尔则以同样的题目撰文回答.
爱因斯坦等在论文中提出了物理理论体系完备性的判据与著名的以三位作者姓的头一个字母简称的EPR悖论(这一悖论涉及到如何理解微观世界实在的问题),认真地论证了量子力学对物理实在描述的不完备性.
EPR在论文中,首先给物理实在与物理理论的完备性下了定义.如果一个物理理论对物理实在的描述是完备的,那么物理实在的每个要素都必须在其中有它的对应量,即完备性判据.当我们不对体系进行任何干扰,却能确定地预言某个物理量的值时,必定存在着一个物理实在的要素对应于这个物理量,即实在性判据.
EPR在推理过程中还默认了以下两个假设:(1)定域性假设;如果测量时两个体系不再相互作用,那么对第一个体系所能做的无论什么事,都不会使第二个体系发生任何实在的变化;(2)有效性假设:量子力学的统计预示(至少在本论证有关的范围内)已为经验所证实.接着,EPR介绍了物理实在的量子力学描述的一般特征后,认为量子力学不满足上述这些判据,所以是不完备的.
在论文的第二部分,EPR设计了一个理想实验来论证:假设有两个子系统Ⅰ和Ⅱ构成的复合系统,当t<0时,它们是彼此分离的,状态为已知;在0<t<T时,它们接近而发生相互作用;在t>T以后,它们又彼此分离并停止相互作用.一方面由量子力学可知,当子系统Ⅰ和Ⅱ分离后,据对子系统Ⅱ的动量(或位置)所作的测量,人们便可以在不对子系统Ⅰ进行干扰的情况下确定地预示子系统Ⅰ的动量(或位置).因此,根据EPR的实在性判据和定域性假设,子系统Ⅰ的动量与位置均对应于物理实在的要素.另一方面,由于动量与位置是一对不对易的共轭变量,人们不可能对子系统Ⅱ的动量与位置同时进行测量,从而不可能对子系统Ⅰ的动量与位置同时作出预示.这样,我们就否定了上面二中择一的两个命题中的第二个命题,从而证明了其中第一个命题,即证明了量子力学并不为物理实在提供一个完备的描述.
玻尔认为,EPR所说“不对体系进行任何干扰”是不确切的.因为在测量过程中虽然没有对子系统Ⅰ施加力学干扰,但由于作用量子的不可分性,微观体系和测量仪器构成了一个不可分割的整体.测量安排是确定一个物理量的必要条件,而对微观体系未来行为所预示的可能类型正是由这些条件所决定的.
这样,玻尔提出的量子现象的整体性特征,引起了人们对EPR所默认的定域实在论的怀疑,意味着把世界看做在空间上分离的、独立存在的各部分组成的看法不一定普遍成立,从而促使量子力学的完备性问题得到了系统的研究.
1949年,为纪念爱因斯坦70大寿,玻尔写了题为《就原子物理学中的认识论问题和爱因斯坦进行的商榷》的论文,爱因斯坦则主要针对论文集《爱因斯坦:哲学家一科学家》中哥本哈根学派各篇论文的意见,写了《对批评的回答》一文作为反批评.这两篇论文,都带有某种总结性质,不过他们各自坚持自己的基本观点不变.
1955年4月18日爱因斯坦逝世以后,玻尔心里也没有忘记和爱因斯坦的论战.据记载,玻尔在逝世(1962年11月18日)前一天的傍晚,在他的工作室的黑板上所画的最后一个图,便是爱因斯坦的光子箱的草图.
对于这场持续了近40年的争论,特别是EPR悖论的争论,从基本观点来说,谁也没有说服谁.后来,有人想将上述EPR理想实验推进到真实实验,以此来证明孰是孰非.50年代,英国物理学家玻姆在EPR悖论启发下提出了隐参量的量子理论.60年代,又一位英国物理学家约翰·贝尔根据隐参量的量子理论从数学上推导出了一个关于远隔粒子量子关联的定量不等式——贝尔不等式.由于贝尔的工作,人们才有可能设计真实实验来检验EPR悖论的争论的谁是谁非.
从1972年至1982年间,物理学家共完成了12个实验,其中10个实验的结果违反贝尔不等式而与量子力学的预言一致.但是,人们如果引入非决定论的随机性,便可导出贝尔不等式.所以,上述实验只是说明了量子理论是超距关联、非定域的,而没有确定量子理论是决定论的还是非决定论的,也就是说微观世界因果律是否成立还没有盖棺论定,EPR悖论的争论还有待于人们进行更深入的研究.

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