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     

爱因斯坦的另一面

 提到爱因斯坦,总是使人联想到一个前无古人、后无来者的科学巨匠,一个充满传奇色彩的和平主义者和人道主义者。但是提姆·查普曼(TimChapman)在专为纪念世界物理年而出版的PhysicsWorld--Einstein2005特刊上撰文指出,爱因斯坦曾被贴上剽窃者的标签,也有人说他玩弄女性,还是个不负责任的父亲。诸如此类的争议或多或少地反映了爱因斯坦作为普通人的另一面。科学天才和文明使者一直是爱因斯坦留给大众的最深刻印象。他对物理学的杰出贡献以及他那广博的智慧和人文关怀给他带来数不清的荣誉。     

爱因斯坦与相对论体系

 一、爱因斯坦和他的奇迹爱因斯坦取得巨大成功,是自然科学史上最伟大的学者。1879年诞生在德国的一个小城的爱因斯坦,儿时几乎令家人失望。4岁才咿呀学语,几年后还是磕磕绊绊、举止迟钝,因而深受母爱,自幼练习小提琴,与其结为“终身伴侣”。在学校,他的“笨拙”倍受讥讽;他对死记硬背的形式课程毫无兴趣,甚至被学校除名。他喜爱数学和物理,不断在书海中寻求、思索,深受智慧和哲理的熏陶。18岁高考落榜,一年后才被录取,主修物理。他落拓不羁、独立思考、蔑视权威,几乎把精力全花在阅读和实验室。1900年,在教授不满中毕业;一毕业就失业的他,虽然张贴广告试图靠讲授数学与物理谋生,却开始进行科研。     

玻尔的错误

 美国物理学家温伯格(Steven Weinberg)曾经写过一篇文章,标题是:爱因斯坦的错误。对于喜爱物理学史的读者来说,那篇文章列举的错误也许都是“熟面孔”,因为“爱因斯坦的错误”是一个很吸引人的话题,很多人都谈论过。从某种意义上讲,判断一位科学家是否伟大的一个另类但很管用的指标,就是看他(她)是否连所犯的错误都能吸引人们持久而广泛的兴趣。如果是,那就几乎可以断定为是伟大的科学家。在20世纪的物理学家中,爱因斯坦无疑是那样的人物,这是对他“首席物理学家”地位的很好的佐证。     

爱因斯坦与幽默

 爱因斯坦是一位严肃的物理学家。他把对真理和知识的追求作为自己毕生奋斗的目标。然而,生活中的爱因斯坦却极富幽默感。他留着一头蓬松而略卷曲的长发,丰润的嘴唇上一溜短而粗密的胡髭,穿着宽大而无领的毛线衫,说起话来诙谐、风趣。1900年8月自瑞士联邦工业大学毕业后,爱因斯坦没找到工作。这时他感到突然被一切人所遗弃,一筹莫展地面临着人生。但是他说:“我没让幽默沉沦,上帝创造了驴,并给它一张厚厚的皮。”他不灰心丧气。     

邮票上的物理学史(36)——爱因斯坦和相对论(续)

191 9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 1 90 9年奥斯特瓦尔德提名爱因斯坦为1 91 0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…     

爱因斯坦与广义相对论的诞生(续)——纪念广义相对论发表100周年

<正>11爱因斯坦与希尔伯特的合作与竞争在广义相对论诞生前后的几个月内,爱因斯坦与希尔伯特之间既进行了合作探讨,又产生了竞争~([14,15]).在与爱因斯坦的讨论中,希尔伯特对爱因斯坦的新理论产生了兴趣,他也开始寻找场方程的正确形式.希尔伯特不愧是数学大师,他很快赶了上来.在爱因斯坦把自己的最终论文投给杂志社的同时,希尔伯特也投了稿.     

漫谈两个基本假设与相对论时空观

 爱因斯坦是人类历史上最具创造才智的科学家,他一生开创了物理学的四个领域---狭义相对论、广义相对论、宇宙学和统一场论,他是量子理论的主要创建者之一,有人说爱因斯坦应该拿6个诺贝尔奖,足见他对物理学和对社会的贡献。一、爱因斯坦创立狭义相对论经历了三个阶段爱因斯坦16岁时就提出“追光”假想实验,这是萌发狭义相对论思想的第一个阶段;爱因斯坦对光、麦克斯韦方程、电磁波、以太、地球运动等问题的深入思考,最初起源于消除电磁学理论中的不统一性,可以看作他思想发展的第二阶段;重审、放弃传统的时间观念,在同时性问题上的突破,可看作第三个阶段。     

爱因斯坦与社会

 爱因斯坦在二十世纪之末被美国〈时代〉杂志评为“世纪人物”,他提出的有关空间、时间和物质相互关系的理论帮助人们揭开了原子和宇宙的秘密。可以说爱因斯坦比其他任何人都能更好地代表２０世纪之科学思想,这一闪光的科学思想,为新技术时代的到来奠定了坚固的基础,他的名字也成了科学天才的共义词。应该说在过去的一百年里,全世界发生的变化比历史上任何一个世纪都多得多,其原因不是政治和经济上的,而是技术上的。先进的技术直接来自基础科学的进展,任何科学家显然都不能象爱因斯坦那样代表这个进展。在世纪之交,爱因斯坦被评为“世纪人物”,可谓当之无愧。     

爱因斯坦与广义相对论的诞生——纪念广义相对论发表100周年

介绍了爱因斯坦建立广义相对论的伟大贡献.他最先发现了等效原理,最先指出万有引力本质上是时空弯曲的几何效应.爱因斯坦也是最先给出广义相对论基本方程——场方程的人.他提出的检验广义相对论的3个重要实验已被观测所证实.爱因斯坦是广义相对论的唯一创建者.     

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     

爱因斯坦:试图统一电磁力和引力未能如愿(Ⅰ)

 在牛顿统一了天上力和地上力、麦克斯韦尔统一了电力和磁力之后,电力的库仑公式和磁力的安培公式与牛顿万有引力公式在数学形式上的相似,使人很容易联想到电磁力与引力的统一。爱因斯坦,在1905年创立狭义相对论、1915年创立广义相对论分别改进和完善了麦克斯韦电磁理论和牛顿引力理论之后,试图统一电磁力和引力,花费了后半生近30年的时光去建立统一场论,但至死未能如愿。本讲,我们先介绍爱因斯坦生平;然后介绍他的成功之作:狭义和广义相对论;最后介绍未能完成的统一场论。     

物理学史中的十月 爱因斯坦奠定了玻色-爱因斯坦凝聚的理论基础

<正>爱因斯坦因他的广义相对论而举世闻名,但他私下的生活却是一点也不和睦。他太太米乐娃(Mileva)抱怨爱因斯坦享有盛誉,却没时间陪她,并说:"我非常渴望爱情。"对爱     

爱因斯坦与宇宙常量

1917年，爱因斯坦发表了他的关于整个宇宙时空结构的理论——广义相对论。同时，他猜想宇宙是静止的，但是他的广义相对论方程的解却是时间的函数，也就是说，从广义相对论方程来看，宇宙是运动的，为了解决这一矛盾，爱因斯坦在方程中增加了新的一项——宇宙常数项，修改了他的方程。可是后来的天文学研究发现宇宙其实不是静止的，而是向外膨胀的，爱因斯坦很后悔在方程中增加了宇宙常数项，他也因此非常遗憾地错过了预言宇宙的膨胀。     

庞加莱的狭义相对论之五 庞加莱与爱因斯坦

<正>爱因斯坦的狭义相对论之路,与我们从课本和传记中所了解的有很大差别。他发表于1905年的《论动体的电动力学》和《物体的惯性同它所含的能量有关吗》两篇经典论文,并非如传说中那样似乎是神来之笔,而是有清晰可见的洛伦兹和庞加莱的影子,是深受他们工作启发的创新成果。事实上,爱因斯坦直到1912年才真正理解庞加莱四维时空的赝欧几何结构,这成为他建立广义相对论的一个重要里程碑。本文还回顾了学术界对狭义相对论的接受史,试图回答庞加莱的贡献是如何在这一过程中被人遗忘的。最后,我们还介绍了庞加莱和爱因斯坦之间的互动和趣事。     

爱因斯坦对实验和技术物理学的影响(1905-2005)

2004年6月,联合国大会宣布将2005年定为世界物理年．之所以选定2005年,是为了纪念爱因斯坦的奇迹之年100周年——1905年,爱因斯坦先后发表了5篇具有划时代意义的论文而被世人称之为奇迹．世界物理年将通过展示物理学在经济、技术、文化等方面的重要作用,进一步增进公众对物理学的理解．因此,简略介绍爱因斯坦的科学工作在物理学中的杰出贡献及其对世界与公众所产生的深远影响,很有必要．由于前面彭桓武先生已经介绍了爱因斯坦对理论物理学的贡献和影响,下面,我就侧重谈谈爱因斯坦对实验物理学和技术物理学的贡献和影响．拟分4个方面来介绍：     

千百年难得一遇的“伟大的人”

 20世纪的物理学界可谓是群星灿烂,人才辈出。超级天才人物爱因斯坦,正是这个科学家群体中的一颗最光彩夺目的巨星。为了缅怀伟人,激励今人,惠及来者。笔者特意在爱因斯坦逝世50周年和他的彪炳史册的狭义相对论创立100周年的日子里,撰写此文。籍以光扬爱因斯坦那种至今仍然具有振聋发聩的精神力量。毋庸置疑,爱因斯坦的巨大科学成就、严谨的治学态度、精辟的思想见解、完美而高尚的品格等,必将对21世纪科学的进步、社会的发展和人的自我完善,产生不可估量的影响。只有他才能与牛顿相媲美爱因斯坦1879年3月14日生于德国乌耳姆,1955年4月18日卒于美国普林斯顿,享年76岁。     

孤独的爱因斯坦

 爱因斯坦的大名可谓家喻户晓、妇孺皆知,但真正具体说到他时,可能大多数人却只停留在"相对论"这个名词上,这种情况与爱因斯坦刚成名时几乎一模一样。今天;人们知道他是一个大物理学家,是近一个世纪里首屈一指的科学家,知道他有着享誉世界的名望、有着改变我们物质世界观的理论、有着和蔼可亲的蓬松白发以及去世后还保留至今的聪明大脑……但是,当今天我们仔细回顾他的一生的时候.     

统一与和谐——爱因斯坦科学思想的核心

当今世界,几乎无人不知阿尔伯特·爱因斯坦——这位二十世纪的科学巨人,他以其卓著的科学成就,深邃的哲学思想而名垂青史,其思想对后世的影响,早巳超越物理学本身乃至自然科学,直深入到人类文明的其它领域。爱因斯坦科学思想的内容和特点固然有许多方面,但我认为,追求统一与和谐应当是其核心所在。这即是他毕生从事物理学研究的动机,又是他在该领域所向披靡的最根本的原因昕在。 早在少年时代,爱因斯坦就阅读了大量的科普读物,以及柏拉图、休谟、马赫、斯宾诺莎、彭加勒等哲学家的著作。这些书籍向他展现了一个丰富多彩、变幻无穷的“外在世界”。这世界使性格内向而又勤于思考的小爱因斯坦着了迷,他凭借直觉天才地领略到,在纷繁复杂的“世界图象”背后,还蕴藏着某种“崇高庄严和不可思议的秩序”。他坚信物质世界在本质上是统一的,和谐的,能够被人们所认识的,若干年之后,他在自述中谈到诸如质量,电荷、距离等一些“自然的”常数时指出:“关于这些常数,我想讲这样一个命题,它在目前,除了相信自然界是简单的和可理解的以外,还不能以其它任何东西为依据。”在这里,如果认为自然     

爱因斯坦与量子理论

 如果说普朗克创立量子学说贡献巨大的话,那么,爱因斯坦在此领域作出的贡献同样杰出。从一定意义上说,没有爱因斯坦的努力,也就没有近代量子理论的形成。 爱因斯坦１９０５年发表的《关于光的发射和转化的一个启发性观点》一文,明确阐述了他的光量子（能量元）思想,指出：用连续的空间函数表示的光的波动理论正确地说明了纯光学现象而且可能永远不会被其他理论代替;但要记住,光学观测总是指时间平均值而非瞬时值。尽管该理论在衍射、反射、折射、散射等方面已完全为实验证实,但仍可以想象,将它应用到光的发射或转换等现象时会与实验发生矛盾。