量子理论的哥本哈根解释以尼尔斯·玻尔和其他科学家(以波尔研究场所所在地命名)创立。根据该理论,量子粒子的特性不具备有限的价值,除非找到某种测量方法。互补原理是哥本哈根解释的核心。它认为:物体的波动性和粒子性互相补充,就像一个硬币的两面。例如,一个电子或光子可以时而表现为光波,时而表现为粒子,但绝不会同时表现出波动性和粒子性,就像投掷一枚硬币,只能得出正面或反面的结论,而不能同时得到正反面。
尼尔斯·玻尔认为,探求电子是什么是毫无意义的,因为,意在测量波的实验将看到波,意在测量粒子特性的实验将看到粒子。因此,要设计一场实验,使我们能够从中同时观测到波和粒子是不可能的。波函数是对一个波/粒子的完整描述。当对波/粒子进行测量时,波函数就会坍塌。任何无法从波函数中获得的信息都是不存在的。
根据马克斯·玻恩在20世纪20年代提出的理论,粒子波是一种概率测量方法。它们和声音或水波不同,并不是真实存在的实体。我们永远无法确认一个粒子如何运动,完全相同的电子在每一次的实验中的运动都不相同,因此,实验的目的只能通过数据进行预测。
索尔维会议
索尔维物理和化学会议由比利时工业家欧内斯特·索尔维创办,在哥本哈根举行。第一届物理学大会于1911年举办,第一届化学大会于1922年举办。以后每三年举办一届,第一年举行物理学会议,第二年不举办会议,第三年举办了化学会议。1927年的第五届会议是场历史上很著名的会议,因为在这次会议上,爱因斯坦和尼尔斯·玻尔、沃纳·海森堡和马克斯·玻恩就哥本哈根解释的正确性展开了辩论,这场辩论所集合的思想霸占了量子力学的半壁江山。(www.xing528.com)
尼尔斯·玻尔肖像
哥本哈根对量子力学的解释在牛顿经典力学和量子物理学之间划开了一道锋利的口子。在日常世界里,我们认为一切事物的发生皆有原因。一杯放在桌上的水不会自己掉落,当你摔了个跤,撞到桌子时,杯子才会掉落。就算我们了解所有的具体信息,我们或许也无法预测你的下一步行动,但是,我们可以根据了解的信息,例如迈出一步的长度、行动所引发的杯子里的水波高度,我们可以推导出一个合理的溢出发生概率。因此,根据经典物理学,所有的变量都是存在的,只不过有时难以测量。
然而,在量子的世界里,并不需要考虑这些细节,只能凭借运气。在量子的世界里,一切都是纯粹的统计概率。哥本哈根学派认为,不确定性是大自然的基本特征,而不仅仅是人类缺乏知识的结果。我们只需要接受事物,而不是解释事物。
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