来源: | 日期: 2013-09-10 | 浏览量: 3992 |
资料来源:《中国社会科学学报》
作者:崔维成
爱因斯坦和玻尔关于对量子力学现象的解释的争论是20世纪物理学界的一个重大事件,尽管目前的量子力学基本上是采用了玻尔的所谓“哥本哈根解释”,但仍有不少人对于他放弃微观世界的因果律而感到不满意。本文基于佛教哲学来重新审视爱因斯坦与玻尔的争论,简要介绍了他们争论的过程和本质以及佛教哲学的基本概念,在此基础上,用佛教哲学来重新解释量子力学的现象,并比较了它与爱因斯坦和玻尔的观点的差别。 同时,对当代多名顶级物理学家有关解释量子现象的哲学观点进行了剖析。通过这一审视,本文作者认为,基于佛教哲学,我们完全可以在坚守因果律的前提下解释微观世界的各种现象,同时,也发现了爱因斯坦、玻尔以及其他几名物理学家哲学观点中需要进一步研究的问题。对于这些问题的研究有可能对当今的前沿科学研究有重要的推动作用。 1 、引言 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。 尽管目前的量子力学基本上是采用了玻尔的所谓“哥本哈根解释”,但仍有不少人对于他放弃微观世界的因果律而感到不满意。2008年报道的在欧洲日内瓦原子核中心耗资54亿美元建设的大型强子对撞机(Large Hadron Collider),旨在破解困惑物理学家们已久的种种谜团,如“上帝粒子”与“宇宙黑洞”,其实质还是要理解微观世界的本质,也是检验爱-玻争论的一次重要实验。 实验还没开始,对于实验结果的预报又已引发了在世的两位最著名的科学家,彼得•希格斯和斯蒂芬•霍金,发生口水大战。彼得•希格斯在2008年4月7日表示很快将能证明让宇宙具备质量和使生命成为可能的“力量”的存在性,此神奇力量就是所谓的“上帝粒子”。 霍金曾在一次采访中半开玩笑地说,如果欧洲日内瓦原子核中心进行的实验,没发现它一直想确认的“上帝粒子”的话,会“更令人兴奋”。他说:“实验将证明有些东西是搞错的,我们都必须重新思考。”霍金甚至下100美元赌注,打赌“上帝粒子”并不存在。但他认为,大型强子对撞机将产生比发现“上帝粒子”更加有意义的结果。 2008年9月10日,希格斯在爱丁堡举行的记者会上对霍金的上述言论进行了回击。虽然大型强子对撞机要证明他的理论是正确的至少还需要三年时间,但是希格斯已经准备好一瓶香槟。他说:“如果结果跟我想的不一样,我会非常吃惊和失望。但是我相信我的观点是对的。” 大家知道,佛教哲学是建立在完全的因果律基础之上的,无论是宏观宇宙世界,还是微观粒子世界,无论是物质的器世界,还是有生命的有情世界,无不遵循因果律:“有因必有果,有果必有因”,那么,依据佛教哲学如何来解释量子现象呢?这就是本文所要探讨的问题。 本文首先简要介绍了爱-玻争论的过程和本质以及佛教哲学的基本概念,在此基础上,尝试了用佛教哲学来重新解释量子力学的现象,并比较了它与爱因斯坦和玻尔的观点的差别。同时,对当代多名顶级物理学家有关解释量子现象的哲学观点进行了剖析。通过这一审视,本文作者认为,基于佛教哲学,我们完全可以在坚守因果律的前提下解释微观世界的各种现象,同时,也发现了爱因斯坦、玻尔以及其他几名物理学家哲学观点中需要进一步研究的问题。对于这些问题的研究有可能对当今的前沿科学研究有重要的推动作用。 2、爱-玻争论简介 1900年普朗克在对关于热物体的辐射热能在各波长上的分布问题进行研究时发现:在某些理想条件下,此能量是按某种特征方式分布的。他证明了:只有假设物体以离散包或离散方式发射电磁辐射,才能对这些特征方式作出说明。他称离散包或离散束为量子。他当时不知道为什么有这种不连续性,只是特设被迫接受而已。 1905年,量子假设受到爱因斯坦的支持,他将光束看成是后来被称为光子的离散的粒子流,成功地解释了所谓的光电效应。再加上托马斯•杨早在1801年用其著名的“双缝”实验所证明的光的波动性,光就具有了波-粒二象性。 后来人们发现,波-粒二象性并不局限于光。1913年尼•玻尔提出:原子的电子也是“量子化”的,即量子化的电子可以处于某些固定的能级上而不损失能量。当电子在能级间跳跃时,电磁能以分离的量被释放或吸收。事实上,这些能量包就是光子。 克林顿•戴维孙及其他人的实验工作以及路易斯•德布洛衣的理论工作导致这样一种概念:电子与光子一样既可按波行事,又可按粒子行事,究竟如何则取决于具体的环境。 不久,人们就明白了:不仅电子,而且所有的亚原子粒子都具有波-粒二象性。这样,由牛顿表述的传统力学定律,以及麦克斯韦电磁定律,在原子及亚原子粒子的微观世界中似乎失效了。为了说明这种波-粒二象性,到上世纪20年代中期,开始诞生了一个新的力学体系——量子力学。 由于以玻尔为首创的哥本哈根学派为了解释波-粒二象性的量子现象,提出了微观世界不遵守因果律的观点,受到了以爱因斯坦为首的经典物理学家的批判。两位大科学家在世时争论了近四十年,文献比较详细地叙述了他们争论的全过程和双方的主要观点,本文在表1中作了一个简单归纳。后续的物理学家继续在争论,至今还没有定论。这就是著名的爱-玻争论,是20世纪物理学界最重大的事件之一。 表1 爱因斯坦与玻尔的争论过程和双方的主要观点(数字编号为阅读顺序)
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。 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。争论的本质是哲学的争论,即微观世界到底是否遵守因果律的问题,放弃因果律,本质上等同于承认这个世界的本质是不可知的,而经典物理学家因为深信物质世界是可知的,才做出不断探索的努力。
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