走近量子纠缠系列之二 玻尔和爱因斯坦之争

<正>现在,让我们再回到玻尔和爱因斯坦有关量子理论的争论——以下简称为"玻爱之争"。两人都是伟大的物理学家,对量子理论的发展都做出了杰出的贡献。分别因为解决光电效应问题和量子化原子模型而获得1921年、1922年的诺贝尔物理学奖。爱因斯坦和玻尔的争论主要是有关量子力学的理论基础及哲学思想方面。实际上,也正因为这两位大师的不断论战,量子力学才在辩论中发展成熟起来。爱因斯坦一直对量子论及玻尔一派的解释持怀疑态度,他提     

量子纠缠态分类

正1引言量子力学是20世纪初最伟大的物理发现之一。尽管来自各个领域的大量实验事实都证实了量子力学是正确的理论,但是人们对量子理论的一些基本原理的争论自始至今却从未间断。其中最著名的就是爱因斯坦等人对不确定原理的质疑所引出的量子力学完备性问题的争论~([1])。该文中爱因斯坦根据其对物理实在     

分形与量子世界

此文立意新颖且有挑战性,是融合玻尔及爱因斯坦争论的突破口之一.     

走近量子纠缠系列之三:量子纠缠态

<正>玻尔和爱因斯坦的第三次争论,本来应该发生在1933年的第七届索尔维会议上。但是,爱因斯坦未能出席这次会议,他被纳粹赶出了欧洲,刚刚风尘仆仆地到达美国,被聘为普林斯顿高等研究院教授。德布罗意和薛定谔出席了会议,但薛定谔没见到爱因斯坦暂时不想发言,德布罗意也不想单独与人辩论。这令玻尔大大松了一口气,会议上哥本哈根派唱独角戏,看起来量子论已经根基牢靠,论战似乎尘埃落定。然而,爱因斯坦毕竟是个伟人,不是那么容易服输的。尽管他当时因战争而流离失所,未能参加     

尼尔斯·玻尔与物理实验——纪念玻尔诞辰一百周年

今年10月7日是二十世纪丹麦著名物理学家、诺贝尔奖金获得者尼尔斯·玻尔诞辰一百周年。趁此机会,撰写本文以表纪念之意。玻尔在近代物理学发展中作出了划时代的贡献,在近代物理学的历史人物中,只有玻尔才能与另一位物理大师爱因斯坦相媲美。本文不想全面介绍玻尔的创造性工作与成就,而仅就一个侧面——物理实验方面的工作与贡献,做一简单介绍。玻尔与爱因斯坦一样,在大学学习时期就非常重视物理实验,而且他所获得的第一枚金质奖章,就是对他的实验才能的充分肯     

邮票上的物理学史(B36)--爱因斯坦和相对论(续)

1919年日食观测的结果使爱因斯坦的声名大噪,人们都把他比成哥白尼授予爱因斯坦 诺贝 尔奖已不能再回避了从1909年奥斯特瓦尔德提名爱因斯坦为1910年诺贝尔奖候选人起, 几乎年年都有著名科学家提名爱因斯坦,而且提名者越来越多,但是每次都没有通过 在由 于相对论而被提名时,评奖委员会的意见是实验证明还不足以判断;而在有人提议因爱因斯 坦在布朗运动方面的工作授予他诺贝尔奖时,委员会又认为爱因斯坦的统计论文不像他在相 对论和量子物理学方面的工作那样突出,因而"如果爱因斯坦因统计物理学……而不是因 为其它主要论文而获奖,那会让学术界感到奇怪"拖延给爱因斯坦授奖的原因,据派斯分 析,一个原因是在那些年里瑞典科学院的院士中没有一个人能够合格地评价相对论其实还 有一个原因,是当时社会上的一股反相对论的潮流由于爱因斯坦一贯的反战立场和犹太人 出身,也由于他在日食观测后声誉雀起,他成了战败的德国一小撮人仇恨的目标他们建立 了一个组织(爱因斯坦蔑称之为"反相对论公司"),疯狂攻击他们不懂的相对论参与攻击 的 不仅有无名政客和三流物理学家,还有像勒纳德(1905年)和斯塔克(1919年)这样的诺贝尔物 理学奖获奖人他们甚至声称,如果授予爱因斯坦诺贝尔奖,就要退回自己的得奖因此, 瑞典科学院被夹在赞成和反对给爱因斯坦授奖两股巨大压力之中实际上,1921年诺贝尔物 理学奖就因为意见不一暂时没有评出1922年,推荐爱因斯坦的人更多法国物理学家 布里 渊在推荐信里写道："请想一下,如果诺贝尔奖获奖人名单上没有爱因斯坦,自今50年以后 公众将怎么说"这一年,普朗克建议把1921年和1922年的奖分别授予爱因斯坦和玻尔,瑞 典乌普萨拉大学的理论物理学教授奥席恩则因为光电效应而提名爱因斯坦,评奖委员会最后 按这个意见通过了这一提名瑞典科学院秘书在给爱因斯坦的信中还特别声明："王国科学 院决议授予您以去年度的诺贝尔物理学奖,以表彰您在理论物理学中的工作,特别是在光电 效应的规律方面的发现,但是没有考虑您的相对论和引力理论一旦得到证实所应得到的评价 "可以看出,瑞典科学院的这个决定是考虑了各种矛盾之后的一个妥协它避开了相对论 这个热点这样,支持爱因斯坦的人可以说,由于一项较小的成就得奖,更说明爱因斯坦的 伟大,而且并没有排斥以后由于相对论再次授奖;而反对爱因斯坦的人,也可以有一个说法 ：相对论不够得奖资格但是,爱因斯坦1923年7月在瑞典哥特堡"北欧自然科学家会议" 上为答谢诺贝尔奖而作的报告中(这个报告是代替颁奖仪式上的领奖演说的,被收入诺贝尔 基金会编的《诺贝尔奖领奖演说集》爱因斯坦由于远在日本,没有出席诺贝尔奖颁奖仪式 他的奖金是德国驻瑞典大使代领的,而奖章则由瑞士驻德国大使送到他家中,这符合他的 双重国籍身份),谈的仍然是相对论,而60年后瑞典1981年发行的纪念邮票(图8)上印的也是 〖WTBX〗E=mc2这个公式 后来并没有给爱因斯坦再次颁奖但是,不少物理学家认为,爱因斯坦有资格至少得5次诺 贝尔奖他的以下工作都有得奖资格：光量子假说(光电效应理论),布朗运动理论,狭义相 对论,E=mc2,广义相对论,激光理论,凝聚态物理(固体比热理论及磁学) 爱因斯坦是在他去日本访问的途中,在上海由瑞典驻上海领事告知他得奖的消息的他来回 在上海共停留了3天,对中国人民的苦难有深刻的印象由于哲学家罗素1921年在中国讲学 时多次谈到列宁和爱因斯坦是当代最伟大的人物,当时的中国人对爱因斯坦的名字并不陌生 北京大学校长蔡元培曾计划邀请他在从日本返欧途中到北京讲学,但因通讯阻隔、日程安 排等原因,后来未能实现〖JP〗 〖JP3〗1924年,他建立了玻色-爱因斯坦统计,并从玻色-爱因斯坦气体的统计涨落的分析 ,论述了 波与物质的关系不是光所特有的;他热烈支持德布罗意的物质波假说,为波粒二象性的发现 和量子理论作出了重大贡献〖JP〗 爱因斯坦虽然是量子理论的创建者之一,但是,他对后来的量子力学是不满意的他承认量 子力学在解决实际问题中的重要作用,但是他不同意量子力学的概率解释爱因斯坦思想中 有根深蒂固的经典决定论概念,他说："上帝不丢骰子"在他看来,量子力学的概率特征 是其理论不完备的表现,由此开始了他和玻尔之间毕生的争论他也对波粒二象性的图象不 满意,希望用场取代粒子,从而消除物理学中粒子与场并存的二元论情况 〖JP2〗 从1925年以后,他把主要精力用来探索统一场论他的统一场论不但要把电磁场和引力 场统 一起来,而且还要把相对论和量子论统一起来,希望能够从这个理论推出各种量子效应 他 追求的统一场论与今天的量子场论不同,是完全建立在经典场的基础上的,而今天的量子场 论则并不排除粒子图象的合理地位由于各种主客观原因,他在这方面的努力没有成功晚 年他脱离了当代物理学研究的主流,在物理学界显得比较孤立〖JP〗 1933年初,希特勒攫取了德国政权,爱因斯坦是他们在科学界首先要迫害的对象幸好当时 他在美国讲学,免遭毒手,但他在德国的住所被搜查,财产被没收,著作被焚爱因斯坦谴 责纳粹的暴行,声明退出普鲁士科学院,放弃德国国籍,进行了针锋相对的斗争他从美国 回到欧洲,避居比利时他的挚友劳厄来信,劝他在政治斗争上收敛一些,他回信说："要 是布鲁诺、斯宾诺莎、伏尔泰和洪堡也都这样想,这样行事,那么我们的境况会怎样呢?我 对我说过的话一个字也不感到后悔,我相信我的行为是在替人类服务"他改变了他的绝对 和平主义立场,号召各国青年服兵役,与纳粹做殊死斗争10月再赴美国,定居普林斯 顿,应聘为新建立的高等研究所教授 1940年,他取得美国国籍美国后来为爱因斯坦发行了两枚邮票：一枚是1966年发行的(图9 ),杨振宁教授代表普林斯顿高等研究所出席了这枚邮票的首发式并讲话另一枚是1979年 为纪念爱因斯坦诞生100周年而发行的(图10) 作为犹太人,爱因斯坦支持以色列建国但是,爱因斯坦希望犹太人和阿拉伯人和睦相处 1953年以色列第一任总统魏兹曼逝世后,以色列政府曾请爱因斯坦继任总统,他谢绝了 他 对以色列大使说："我这样的人,怎么能当总统呢?对自然,我算是了解一点,而对人,我 几乎一点也不了解"以色列为爱因斯坦发行了两张邮票一张是他去世后不久于1956年发 行的(图11),另一张(图12)是1998年发行的"著名犹太人",同一套票中还有苏联物理学家 兰道、捷克作家卡夫卡等 二战后美国企图通过垄断核武器称霸世界,爱因斯坦对此非常反感,他说："战争是打赢了 ,但和平并未赢得"特别是20世纪50年代初,麦卡锡主义在美国猖獗,侵害公民自由,迫 害进 步人士,更使他痛心疾首去世前5个月,在被问到美国科学家的处境时,他气愤地说：" 如果我重新是个青年人,并且要决定怎样去谋生,那么,我决不想做什么科学家、学者或教 师为了争取在目前环境下还能有的那一点独立性,我宁愿做一个管子工,或沿街叫卖的小 贩"而美国管子工工会就通过决议,授予爱因斯坦荣誉工会会员称号 1955年4月18日,爱因斯坦与世长辞对于这位人类历史上最伟大的物理学家,对于这位社 会责任心极强,为捍卫个人自由、社会正义和世界和平而斗争不息的世界公民,世界各国人 民永志不忘许多国家都为爱因斯坦发行了邮票下面选刊一些有代表性的,大致以发行时间为序比较早的,如图13(波兰1959年),图14(加纳1964年),图15(巴拉圭1965年,全套含     

玻尔理论的比较研究--纪念玻尔理论诞生90周年

本文回顾了玻尔理论，系统地分析了玻尔理论和经典理论、量子力学之间的联系与本质区别，简要论述了玻尔理论对物理学发展的贡献与历史地位。     

最杰出的10位物理学家

 英国杂志《物理世界》在100位著名物理学家中选出的10位最伟大者:爱因斯坦,美籍德国物理学家。苏黎世大学哲学博士,英国皇家学会会员。建立相对论改变了世人的宇宙观。他因解释光电效应的理论,独获1921年诺贝尔物理学奖。牛顿,英国物理学家、数学家与天文学家。创立牛顿运动定律和发现万有引力定律。1666年用三棱镜分析日光,发现白光由不同颜色的光构成。1671年研制反射望远镜观察行星运动规律。解释潮汐现象,预言地球不是正球体。麦克斯韦,英国物理学家、数学家,英国皇家学会会员。他建立电磁场的基本方程,指出光的本质是电磁波。玻尔,丹麦物理学家。量子力学创始人之一。     

物理学史中的五月

<正>1935年5月:EPR佯谬的论文在《物理评论》发表(译自APS News,2005年11月)到了20世纪20年代,大多数的物理学家都已清楚知道经典力学已无法完整描述原子世界,特别是在普朗克(Planck)率先提议"量子"的概念,爱因斯坦进一步发展以解释光电效应之后。物理学必须再造,导致量子理论的出现。海森伯(W.Heisenberg)、玻尔(N.Bohr)以及其他协助建立此理论的科学家都坚持说,原子的某些行为细节无法用有意义的方法来讨论,例如,我们绝无法预测原子放射出光子的确切时刻。然而,爱因斯坦却绝无法接受这样天生的不确定性,他曾说出名言:"上帝不会掷骰子。"爱因斯坦并非对此不满的唯一个人,发明波动方程式的薛定谔(E.Schr?dinger)也曾     

吴大猷及其科学思想

文章简略叙述了吴大猷生平及其后半生在中国台湾的工作，重点涉及他在中国台湾推动科技进步、提高科学水准上的某些思想观念，如强调基础科学的重要性，强调人才是科技发展的根本，并在推动应用科学发展的同时，及时提出“未来要靠高科技赚钱”等等，从而对中国台湾的经济起飞产生了深远影响．文章还简略介绍了吴大猷关于爱因斯坦和玻尔争论的看法，以及他作为中国台湾中研院院长的领导原则。     

Aspect实验与两位科学巨人的急论——兼对批评的回答

指出Aspect实验同玻尔与爱因斯坦之间的巨人之争密切相关,阐述了玻姆思想实验与贝尔不等式的重要意义。     

幽灵场和几率波──量子力学统计解释之前后

科学发展史上往往出现一些善意的嘲讽.每当新旧交替、　　变革的时候,总有些人,包括一些名家,虽曾亲手为新科学大厦添砖加瓦,却对新体系百思不解.量子力学统计解释出现之前前后后即是突出的一例. 量子力学是从1900年普朗克提出量子化假设开始的.他引入了著名的普朗克常数,解决了经典物理无法解释的黑体辐射问题;之后,1905年爱因斯坦又利用普朗克常数成功地解释了光电效应;玻尔在1913年再次用量子化条件揭开了氢原子光谱之谜,从此微观世界中波现象也具有粒子性的概念流行起来,1924年德布罗意认为人们仅考虑了光波有粒子性而忽略了粒子也有波…     

Aspect实验与两位科学巨人的争论--兼对批评的回答

指出Aspect实验同玻尔与爱因斯坦之间的巨人之争密切相关,阐述了玻姆思想实验与贝尔不等式的重要意义.     

与倪光炯先生有关物理哲学的一次谈话

 1996年8月,趁复旦大学倪光炯教授来新疆参加量子场论前沿国际会议之机,我们拜访了他。在新疆大学红湖边上的“湖滨阁”里,就当时在物理学和物理学的哲学问题中大家感兴趣的几个问题请教了他。他认真而坦率地谈了自己的看法,使我们深受启发。现根据当时的记录和回忆把它整理出来,仍不失精彩,值得仔细品味。问:量子力学的哥本哈根解释和非正统解释的争论至今仍在继续,而且一时还难以有个明确的结果。能不能请您谈谈对哥本哈根学派以及不确定关系的看法。倪:哥本哈根学派在量子力学上确有比爱因斯坦高明之处。他们看到了一个物理量只有在可观测时才是有意义的。     

爱因斯坦对量子理论发展的重要影响

结合20世纪量子力学发展的特殊历史背景,从早期的量子论到现行量子力学理论体系的形成和完善过程出发,讨论了爱因斯坦在量子力学方面的重要工作,指出他在量子理论发展的不同时期都发挥了重要作用,对量子力学理论的研究产生了重要而又深远的影响,极大地促进了量子力学的发展.     

评关洪著《一代神话--哥本哈根学派》

量子力学是在物理学里最成功和最精巧的理论之一,它只在一段相当短的时间里就建立起来了.历史上有许多重要的物理学理论是由很少数的几个人创立的,而这些理论都没有引起任何重大的争论.几个著名的例子是由牛顿创立的力学,由麦克斯韦创立的电磁学理论,和由爱因斯坦创立的狭义相对论.量子力学就大不相同了.为了得出它的数学方程式和意义解释,需要科学世界里最优秀的一批头脑的联合努力.不像在物理上已经得到充分发展和理解的经典力学那样,量子力学仍然在发展之中,并且仍然是在实验上和理论上都进行着紧张研究的一个领域.除了像定域性和测量问…     

量子计算：信息社会的未来

<正>近年来,量子科技,特别是量子计算的研究呈加速发展的态势。包括中国在内的四十多个国家制定了量子规划,量子科技前沿竞争在不断升温。二十世纪初,以普朗克、爱因斯坦、玻尔为代表的一群科学先驱,共同努力,建立了量子力学这个人类迄今为止最基本、最深奥的科学理论体系。这是一项划时代的科学革命,奠定了现代信息技术发展的科学基础,也必将成为未来量子信息技术革命的科学源泉。     

物质波理论的奠墓者——L.V.德布罗意

今年8月15日是法国著名理论物理学家,物质波理论的创立者L.V.德布罗意(LouisVictor　de Broglie,1892-)九十岁生日.本文概要介绍他的科学生涯和对现代物理学发展做出的贡献. L.V.德布罗意发展了爱因斯坦于1905年提出的光的波粒二象性概念,创造性地构思了物质波概念,成为波动力学的主要奠基人之一.他在从玻尔的原子理论转变到量子力学的过程中,起了关键性的作用.1929年他因“发现电子的波动性”而获诺贝尔物理学奖.他曾长期从事理论物理的教学和研究工作,对理论物理的后来发展和为其培养人才均做出一定的贡献. L.V.德布罗意于1892年8月15…     

封面说明

今年是美国物理学家亚瑟·康普顿（Arthur Compton）进行以他的名字命名的实验一百周年.这一实验毋庸置疑地证实了爱因斯坦所作的关于光子具有动量的假设,夯实了普朗克,爱因斯坦和玻尔提出的量子论的实验基础,在物理学发展史上占有极为重要的位置.为了纪念这一具有里程碑意义的实验结果发表一百周年,本刊特以康普顿的肖像及其著名实验的示意图作为今年的封面,以致纪念.     

玻尔氢原子模型中德布罗意波的最概然解释

本文用量子力学理论分析了德布罗意对玻尔氢原子模型量子化条件的解释,发现玻尔氢原子模型中各个能级的德布罗意波长实质上是量子态的径向函数R_(n(n-1))(r)对应的最概然德布罗意波长。