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北大科學(xué)史與科學(xué)哲學(xué)-

 ―帝― 2009-04-09
推遲22年頒發(fā)的諾貝爾獎(jiǎng)——遭到權(quán)威反對(duì)的波函數(shù)“統(tǒng)計(jì)解釋”
zter



杰出的物理學(xué)家玻恩(M.Born,1882-1970)于1926年提出波函數(shù)的“統(tǒng)計(jì)解
釋”,不僅對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展做出巨大貢獻(xiàn),而且對(duì)人們認(rèn)識(shí)世界的思想方法產(chǎn)生深刻
影響。但是,由于他的新觀念背離了經(jīng)典物理學(xué)的舊傳統(tǒng),長(zhǎng)期受到少數(shù)權(quán)威人士的堅(jiān)
決反對(duì)。因此,直到1954年他才勞獲諾貝爾獎(jiǎng)金,這比公認(rèn)他應(yīng)該獲獎(jiǎng)的1923年整整推
延了22年。

意外落選的杰出科學(xué)家

1932年,瑞典皇家科學(xué)院把諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金授予量子力學(xué)的創(chuàng)始人之一海森堡
(W.Heisenberg,1901-1976),這是誰都預(yù)料到的事。但是,使人吃驚的是海森堡
的老師和合作者、波函數(shù)統(tǒng)計(jì)解釋的創(chuàng)始人玻恩卻意外地落選,沒有分享這一榮譽(yù)。就
連一向謙虛持重的玻恩也覺得突然,這件意外的事給他感情上造成了巨大的創(chuàng)傷。
在一件科學(xué)大事發(fā)生所引起的轟動(dòng)和議論尚未平息時(shí),過早地報(bào)導(dǎo)和匆忙做結(jié)論是
危險(xiǎn)的。特別是有知名的權(quán)威反對(duì)時(shí),這種危險(xiǎn)就更大了。諾貝爾獎(jiǎng)金委員會(huì)的每一個(gè)
成員都深知這種問題的嚴(yán)重程度。因此,為了維護(hù)諾貝爾獎(jiǎng)金這一科學(xué)界“最高獎(jiǎng)賞”
本身的榮譽(yù),往往把一項(xiàng)重大科學(xué)成果的授獎(jiǎng)時(shí)間推延若干年。在沒有把握評(píng)定有爭(zhēng)議
的項(xiàng)目正確與否時(shí),諾貝爾獎(jiǎng)金委員會(huì)寧愿冒保守主義之名而不敢擔(dān)敢做敢為的風(fēng)險(xiǎn)。
在諾貝爾獎(jiǎng)金遴選委員會(huì)采取的一條“旨在減少授獎(jiǎng)中的錯(cuò)誤而不是減少不授獎(jiǎng)中的錯(cuò)
誤”的原則下,玻恩直到1954年才“由于量子力學(xué)的基礎(chǔ)研究工作,特別是對(duì)波函數(shù)的
統(tǒng)計(jì)解釋”而與玻特(W.Bothe,1891-1957)分享該年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。這是在
玻恩提出波函數(shù)統(tǒng)計(jì)解釋的28年之后,此時(shí)他已經(jīng)是一位72歲的退休老人。
從現(xiàn)象上看,玻恩這么晚才獲獎(jiǎng),似乎是諾貝爾獎(jiǎng)金委員會(huì)謹(jǐn)小慎微所造成的結(jié)果
,實(shí)際上,問題的原因并非如此簡(jiǎn)單。
馬克斯.玻恩是著名的物理學(xué)家,1882年1月11日生于德國(guó)布雷斯勞的猶太人家庭,
先后在海德堡、蘇黎士、哥廷根和英國(guó)劍橋等地求學(xué)。他在哥廷根大學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)曾做過大
數(shù)學(xué)家希爾伯特(D.Hilbert,1862-1943)的“私人助理”,1907年獲博士學(xué)位,畢
業(yè)后在柏林騎兵團(tuán)服役一年;接著去英國(guó)岡維爾和凱恩斯學(xué)院當(dāng)研究生;1908年在哥廷
根隨大數(shù)學(xué)物理學(xué)家閔可夫斯基(H.Minkowski,1864-1909)搞相對(duì)論;1915年任柏
林大學(xué)教授,替普朗克(M.Planck,1858-1947)分擔(dān)講課任務(wù);1919年與勞厄(V.
Laue,1879-1960)對(duì)調(diào),到法蘭克福大學(xué)做研究工作;1921年接替德拜(P.Debye,
1884-1966)任哥廷根大學(xué)物理系主任,理論物理學(xué)教授;1933年希特勒上臺(tái)后,玻恩
赴英國(guó)僑居,在劍橋大學(xué)和愛丁堡大學(xué)任教,1939年加入英國(guó)國(guó)籍;1953年退休回德國(guó)
,1970年1月5日在哥廷根逝世。
玻恩思想活躍、學(xué)識(shí)淵博,在很多領(lǐng)域都有較深造詣,是勤奮高產(chǎn)的科學(xué)家。他一
生共發(fā)表300多篇論文和20多本書,取得的成就是多方面的,特別是對(duì)量子力學(xué)發(fā)展的
卓越貢獻(xiàn),在整個(gè)物理學(xué)界具有極大影響,享有很高聲譽(yù)。如今,在所有關(guān)于量子力學(xué)
及其理論解釋的書刊中,幾乎都要提到玻恩及其貢獻(xiàn)。據(jù)《科學(xué)引文索引》統(tǒng)計(jì),玻恩
是1961-1972年間被引用最多的50位作者之一。在一本十幾萬字的《量子史話》中,竟
幾十次提到玻恩的名字,足見他的影響之大。
玻恩還是優(yōu)秀的導(dǎo)師,他在哥廷根大學(xué)一直主持理論物理研究工作,在玻恩等人的
領(lǐng)導(dǎo)下,哥廷根大學(xué)成為世界理論物理的一個(gè)重要研究中心。許多青年學(xué)者都向往到此
深造,他的周圍聚集了強(qiáng)大的理論物理學(xué)隊(duì)伍,在量子力學(xué)的創(chuàng)立和發(fā)展中,一直起著
主導(dǎo)作用,是量子力學(xué)正統(tǒng)學(xué)派的一支主力。玻恩擅長(zhǎng)演講,對(duì)學(xué)生態(tài)度親切而不拘小
節(jié),一些著名的物理學(xué)家曾是他的學(xué)生、助手和合作乾,如諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者海森堡、
泡利(W.Pauli,1900-1958)、梅耶夫人(M.Mayer,1906-1972),斯特恩(W.
Stern,1871-1938),還有量子化學(xué)的重要?jiǎng)?chuàng)始人倫教(F.London,1900-1954)和
“原子彈之父”奧本海默(J.R.Oppenhe-imer,1904-1967)等。

提出背離經(jīng)典力學(xué)的波函數(shù)統(tǒng)計(jì)解釋
1926年1月,幾乎在玻恩等人創(chuàng)立矩陣力學(xué)的同時(shí),奧地利物理學(xué)家薛定諤(E.
Schrodinger,1887-1961)建立了波動(dòng)力學(xué)的基本方程,即著名的薛定諤方程。方程
中的未知量Ψ被稱為波函數(shù)。從此,波函數(shù)Ψ做為一個(gè)重要的新概念登上量子力學(xué)舞臺(tái)
。
薛定諤的新理論提出不久,就取得了非凡的成功,應(yīng)用薛定諤方程,從Ψ中做出了大量
有用的運(yùn)算結(jié)果。但是Ψ函數(shù)本身的物理意義卻模糊不清,使許多物理學(xué)家感到迷惑不
解,大傷腦筋,明顯地影響了量子力學(xué)的發(fā)展和傳播。幾個(gè)月之后,薛定諤把Ψ函數(shù)解
釋為電子形成的波,并且用|Ψ|2來量度電子電荷分散開的程度。然而,這種解釋與電
子真實(shí)行為完全不一致,很快就被否定了。
就在薛定諤的論文(第四篇通信)投到《物理學(xué)年鑒》后的第四天,另一家雜志
《物理學(xué)時(shí)代》收到了玻恩的一篇論文,題目是“碰撞過程的量子力學(xué)”,發(fā)表在1926
年6月25日出版的《物理學(xué)時(shí)代》第37卷上。在這篇不足5頁的簡(jiǎn)短論文中,玻恩首次提
出波函數(shù)的幾率解釋。
玻恩當(dāng)時(shí)認(rèn)為,薛定諤的“波動(dòng)力學(xué)是量子定律更深刻的表達(dá)形式”,其方式是每
個(gè)物理學(xué)家都比較熟悉的,“但是在他看來,薛定諤的波動(dòng)解釋是站不住腳的”。玻恩
回憶道:“我在弗蘭克(J.FRANCK,1882-1964)關(guān)于原子和分子碰撞的卓越的實(shí)驗(yàn)
中每天都目睹粒子概念的豐碩成果,因而確信,粒立不能簡(jiǎn)單地取消。必須發(fā)現(xiàn)使粒子
和波一致起來的途徑。我在幾率概念中發(fā)現(xiàn)了銜接的環(huán)節(jié)”。玻恩又說:“愛因斯坦
(A.Einstein,1879-1955)的觀念又一次引導(dǎo)了我。他曾經(jīng)把光波的振幅解釋為光
子出現(xiàn)的幾率密度,從而使粒子(光量子或光子)和波的二象性成為可以理解的。這個(gè)
觀念馬上可以推廣到Ψ函數(shù)上:|Ψ|2必須是電子(或其它粒子)的幾率密度”。在緊
接著發(fā)表的長(zhǎng)篇論文和以后的著述中,玻恩詳細(xì)討論并進(jìn)一步發(fā)展了他對(duì)波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)
解釋。
“玻恩解釋的描述方式,同光的波動(dòng)理論把電磁波振幅的平方看做輻射強(qiáng)度相
似,……Ψ(x)Ψ(x)dx與無窮小區(qū)間x~x+dx內(nèi)發(fā)現(xiàn)電子的幾率成正比”。德布羅意
(L.DeBronglie,1892-1960)所說的物質(zhì)波實(shí)際是幾率波。以氫原子為例,|φ(q)

|2表示電子在核外某點(diǎn)q處出現(xiàn)的幾率密度,很明顯,電子在核外“各處出現(xiàn)的幾率密
度總和必定為1(100%),∫|Ψ(q)|2dq=1”。幾率是多次觀測(cè)的統(tǒng)計(jì)平均值,對(duì)
單獨(dú)一次實(shí)驗(yàn)而言,無法預(yù)言電子出現(xiàn)的準(zhǔn)確位置,多次觀測(cè)結(jié)果則可以找到電子在各
處出現(xiàn)的幾率。由于幾率是用統(tǒng)計(jì)的方法得出的,因此,幾率解釋也常常被稱為統(tǒng)計(jì)解
釋。通過粒子“統(tǒng)計(jì)分布的確定”和波函數(shù)的“三個(gè)性質(zhì)原則”,可以看出波函數(shù)的明
確物理意義和巨大應(yīng)用價(jià)值。
玻恩早就注意到,1921年關(guān)于原子束在不均勻磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn)“是古典力學(xué)在原
子范圍里不適應(yīng)和必須代之以新的量子力學(xué)的基本證明之一”。1927年海森堡發(fā)現(xiàn)的
“不確定原理”則進(jìn)一步證明波函數(shù)統(tǒng)計(jì)解釋的正確性。它反映了電子運(yùn)動(dòng)的不確定性
和遇然性,揭示了波粒二象性的本質(zhì)和微觀世界的特殊規(guī)律,物理含義明確,與量子力
學(xué)其它部分連貫一致,很快被絕大多數(shù)物理學(xué)家所接受,充滿了幾乎所有涉及量子力學(xué)
的教科書和各種文獻(xiàn)而廣泛傳播。
1975年8月25日,英國(guó)物理學(xué)家、量子力學(xué)創(chuàng)始人之一狄拉克(P.A.M.Dirac)
在澳大利亞新南威爾士大學(xué)做“量子力學(xué)的發(fā)展”演講中指出:“當(dāng)然,對(duì)原子所做的
實(shí)驗(yàn)結(jié)果確與幾率有關(guān)。根據(jù)新力學(xué),我們能夠計(jì)算出這些幾率,……我們發(fā)現(xiàn)計(jì)算和
觀測(cè)結(jié)果互相符合。……根據(jù)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)原理概念,……以薛定諤方程中波函數(shù)為基礎(chǔ)
的幾率解釋,是人們能夠做出的最好解釋,人們?yōu)楦倪M(jìn)這種解釋做了許多努力,力求獲
得比僅僅是一些幾率更多的信息,但所有這些努力都以失敗告終,根據(jù)現(xiàn)在的量子力學(xué)
理論……幾率解釋是正確的”。
波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋奠定了量子力學(xué)的理論基礎(chǔ),成為量子邊學(xué)的核心解釋和基本要
點(diǎn)。它使人們看清了量子力學(xué)各種不同數(shù)學(xué)表達(dá)形式的相同物理本質(zhì),可以認(rèn)為,量子
力學(xué)是統(tǒng)計(jì)性的數(shù)學(xué)物理理論。這就大大地推動(dòng)了量子力學(xué)的發(fā)展和在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)
用。

少數(shù)權(quán)威反對(duì)致使授獎(jiǎng)時(shí)間推延

波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋對(duì)量子力學(xué)的發(fā)展有巨大的貢獻(xiàn),屬于物理學(xué)上“最重要的發(fā)
現(xiàn)”。符合諾貝爾遺囑中規(guī)定的授獎(jiǎng)條件。特別是1929年德布羅意因發(fā)現(xiàn)電子的波動(dòng)性
獲得諾貝爾獎(jiǎng)金后,廣大物理學(xué)家的呼聲和玻恩本人的感覺,都認(rèn)為到應(yīng)該獲獎(jiǎng)的時(shí)候
了。可是,玻恩不僅1932年未能與海森堡分享諾貝爾獎(jiǎng)金,而且在以后的量子力學(xué)方面
的獲獎(jiǎng)?wù)咧?,也長(zhǎng)期沒有玻恩的名字。
雖然諾貝爾金各委員會(huì)的討論都是秘密進(jìn)行的,對(duì)遴選過程和哪些人曾被提名為候
選人一事至今緘口不言,但是玻恩長(zhǎng)期未能獲獎(jiǎng)的原因“顯然”“是由于科學(xué)界中關(guān)鍵
人士的極力反對(duì)……,而不是由于各委員會(huì)的因循耽擱”。對(duì)此,玻恩曾有過一段感觸
很深的評(píng)論,他說:“我對(duì)Ψ函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋……雖然占?jí)旱苟鄶?shù)的物理學(xué)家都接受了
這種哲學(xué),但是始終有一些物理學(xué)家不接受這種哲學(xué),在他們中間有像普朗克、愛因斯
坦、德布羅意和薛定諤這樣偉大的人物,他們?cè)诹孔永碚摰牡谝粋€(gè)時(shí)期都是領(lǐng)袖人物,
這可以說明為什么要在28年以后我才因我的工作而被授予諾貝爾獎(jiǎng)金(1954年)”。
1948年,玻恩在英國(guó)牛津大學(xué)瑪格達(dá)欏學(xué)院一次講座中,提到波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋和量子
力學(xué)的統(tǒng)計(jì)性遭到反對(duì)時(shí)說:“盡管它已為我們這一代的物理學(xué)家所普遍接受,但是一
直遭到兩個(gè)人的堅(jiān)決反對(duì),這兩個(gè)人恰恰對(duì)量子物理的創(chuàng)立比任何其他人都貢獻(xiàn)得多,
這就是普朗克和愛因斯坦”。海森堡在《20世紀(jì)物理學(xué)中概念的發(fā)展》一文中說:“也
像在相對(duì)論的場(chǎng)合一樣,這里也出現(xiàn)了對(duì)新的觀念方案的強(qiáng)烈反對(duì)意見,而且甚至包括
了愛因斯坦、勞厄和薛定諤這樣一些最有權(quán)威的物理學(xué)家”。
愛因斯坦是“極力反對(duì)”波函數(shù)統(tǒng)計(jì)解釋的“關(guān)鍵人士”,“他終生始終不滿意通
常賦予量子力學(xué)解釋的幾率性質(zhì)。他對(duì)這種解釋作了最尖銳的批評(píng)”。起初,這種反對(duì)
只限于他同玻恩和其他少數(shù)幾位朋友的私下接觸中,例如,他在1926年12月16日給玻恩
的信中說:“最子力學(xué)當(dāng)然是儀表堂堂的,但是,有一種內(nèi)在的聲音告訴我,它還不是
真正的實(shí)貨,這個(gè)理論講一套碰運(yùn)氣的拈鬮術(shù),而不是真正把我們帶到任何更接近于了
解上帝秘密的境地。無論如何,我相信上帝是不投骰子的”。到1927年,面對(duì)大多數(shù)人
接受波函數(shù)和量子力學(xué)統(tǒng)計(jì)解釋的局面,愛因斯坦感到有必要讓廣大物理學(xué)家知道自己
的觀點(diǎn),于是在當(dāng)年10月舉行的第五次索爾維(E.Solvay,1839-1922)會(huì)議上,發(fā)
表了題為“電子和光子”的演講,提出公開反對(duì)意見。但是,愛因斯坦的觀點(diǎn)并沒有得
到多少人的支持,結(jié)果失敗了。
此后,波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋被越來越多的事實(shí)所驗(yàn)證,為越來越多的物理學(xué)家所接受
在越來越多的領(lǐng)域取得成功。但是,這絲毫沒有動(dòng)搖愛因斯坦所持的反對(duì)態(tài)度,不同的
只是把矛頭所指從“不正確”轉(zhuǎn)向“不完備”。1935年5月初,愛因斯坦與兩位年輕的
同事玻道爾斯基(B.Podolsky)和羅森(N.Rosen)在《物理學(xué)評(píng)論》第2輯第47卷上
發(fā)表了“能認(rèn)為量子力學(xué)對(duì)物理實(shí)在的描述是完備的嗎?”即著名的“E.P.R.悖
論”,指出“波函數(shù)所提供的關(guān)于物理實(shí)在的量子力學(xué)描述是不完備的”。當(dāng)時(shí)(5月4
日)的《紐約時(shí)報(bào)》稱這篇論文是“愛因斯坦攻擊量子理論”。同年9月11日,愛因斯
坦在給一個(gè)朋友的信中說,量子力學(xué)“像現(xiàn)在所用的這種原則上是統(tǒng)計(jì)性的描述的[方
法],只能是一種暫時(shí)的過渡狀態(tài)”。1947年和1948年,愛因斯坦在給玻恩的信中說:
“我完全相信,終于會(huì)有人提出一種理論,在這個(gè)理論中用定律聯(lián)系起來的對(duì)象,并不
是幾率”,“最后要使理論基礎(chǔ)擺脫統(tǒng)計(jì)概念”。
隨著科學(xué)的發(fā)展和人們認(rèn)識(shí)水平的提高,愛因斯坦的觀點(diǎn)受到越來越多的批評(píng),陷
于十分孤立的境地。1949年,他在“對(duì)批評(píng)的回答”一文中承認(rèn),量子力學(xué)是“迄今為
止唯一能把物質(zhì)的粒子和波動(dòng)的兩重特征以邏輯上令人滿意的方式統(tǒng)一起來的理論”。
但是他對(duì)量子力學(xué)仍然“反感”,認(rèn)為波函數(shù)做為“休系整體的一個(gè)統(tǒng)計(jì)性的描述”
“是不完備的”,“是使人迷惑”的“暫時(shí)成功”,而不是“原則性的考慮”。1953年
,
愛因斯坦寫了《關(guān)于量子力學(xué)基礎(chǔ)的解釋的基本意見——贈(zèng)給馬克斯.玻恩的科學(xué)論文
集,為紀(jì)念他從愛丁堡大學(xué)臺(tái)特自然哲學(xué)講座退休》一文,繼續(xù)同玻恩進(jìn)行激烈的爭(zhēng)論

直到1954年愛因斯坦逝世前幾個(gè)月,他在同海森堡談到量子力學(xué)的解釋時(shí),仍然互相不
能“說服”,愛因斯坦堅(jiān)持認(rèn)為統(tǒng)計(jì)性的量子力學(xué)“這樣的方案不可能是自然的最終描
述”。
薛定諤因創(chuàng)立波動(dòng)力學(xué)而蜚聲物理學(xué)界,他始終反對(duì)波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋。1928年,
他在一次演講中說:“關(guān)于Ψ函數(shù)的明顯的統(tǒng)計(jì)解釋,……這種觀點(diǎn)有點(diǎn)不能令人滿
意”。1952年,他為慶祝德布羅意60壽辰而寫的“波動(dòng)力學(xué)的意義”中,稱波函數(shù)的幾
率解釋為“超經(jīng)驗(yàn)的,幾乎是心理上的解釋。這種解釋立即受到絕大多數(shù)第一流的理論
家的歡呼,把它當(dāng)作唯一符合于實(shí)驗(yàn)的解釋,而且這種解釋現(xiàn)在已經(jīng)成為人人都接受的
(只有少數(shù)值得注意的人除外)正統(tǒng)教義了”。這使“德布羅意和我一樣都感到震驚和
失望”。
至于普朗克,他直到逝世的時(shí)候都屬于懷疑派,支持薛定諤而反對(duì)玻恩關(guān)于波函數(shù)
的統(tǒng)計(jì)解釋。
像愛因斯坦這樣的科學(xué)權(quán)威,哪怕只有他一個(gè)反對(duì),也足以使諾貝爾獎(jiǎng)金委員會(huì)畏
縮不前,甚至把一致同意的候選人從實(shí)際獲獎(jiǎng)?wù)叩拿麊沃星那牡毓吹?。何況還有薛定諤
和德布羅意等幾個(gè)“偉大人物”同他站在一起呢?正是由于愛因斯坦等少數(shù)權(quán)威的一貫
堅(jiān)決反對(duì),才使玻恩的獲獎(jiǎng)時(shí)間整整推延了22年。1954年11月3日,玻恩獲獎(jiǎng)后坦率地
講出他“驚喜交集”的矛盾心理和感傷情緒:“1932年我沒有海森堡一起得到諾爾獎(jiǎng)金
,
盡管海森堡給我寫了一封友好的信,這件事當(dāng)時(shí)還是在我的感情上造成了巨大的創(chuàng)傷。

新思想與舊習(xí)慣的激烈斗爭(zhēng)
“科學(xué)中的進(jìn)展不能老是通過用已知的自然律來解釋新現(xiàn)象的辦法來實(shí)現(xiàn),在某些
情況下,被觀測(cè)到的新現(xiàn)象只能用新概念來理解”。
本世紀(jì)20年代初,物理學(xué)正處于蓬勃發(fā)展又激烈動(dòng)蕩的時(shí)期,相對(duì)論取得成功,量
子論方興未艾。玻爾(N.Bohr,1885-1962)用舊量子論解釋原子現(xiàn)象,實(shí)際是把新
的量子化概念放到舊的經(jīng)典力學(xué)軌道中,像用舊瓶裝新酒、穿新鞋走老路一樣,對(duì)于一
些新問題顯得無能為力。為了擺脫這種困境,許多物理學(xué)家紛紛提出各種新的概念、學(xué)
說和理論,出現(xiàn)百花爭(zhēng)艷的局面。物理學(xué)處于又一次重大革命的前夜,量子力學(xué)到了它
的臨產(chǎn)時(shí)期。
一些具有新思想的物理學(xué)家,看清了這種形勢(shì),積極探索恰當(dāng)描述和完滿解釋微觀
世界和原子事件的新理論,玻恩則是一個(gè)杰出的代表。玻恩一向主張創(chuàng)新,反對(duì)倒退。
當(dāng)相對(duì)論剛剛問世受到各種攻擊時(shí),他積極支持并勇敢捍衛(wèi)了這個(gè)偉大的新理論;1924
年他預(yù)見到新理論即將出現(xiàn),而把他寫的一部完整原子理論著作為第一卷;1925年他發(fā)
現(xiàn)海森堡“運(yùn)動(dòng)學(xué)及力學(xué)諸關(guān)系的量子解釋”論文中的新方法很價(jià)值,立刻寄出發(fā)表,
并且以此為突破口,與他的助手一起建立了矩陣力學(xué)。玻恩以實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ),創(chuàng)建背
離經(jīng)典物理框架的量了力學(xué),體現(xiàn)了他敢于突破、大膽創(chuàng)新的先進(jìn)科學(xué)思想。在薛定諤
建立波動(dòng)力學(xué)后,玻恩提出波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋,是歷史的必然。
“任何一項(xiàng)新的科學(xué)原理的發(fā)現(xiàn)都意味著對(duì)人們習(xí)以為常的傳統(tǒng)觀念的背離和決
裂”。波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋第一次把幾率概念正式引進(jìn)“精確的”物理學(xué),從此物理學(xué)特
別是微觀物理學(xué)必須考慮一個(gè)幾率的理論,“粒子的運(yùn)動(dòng)遵循幾率定律,而幾率本身則
按因果律分布”,這種解釋表明量子力學(xué)與經(jīng)典力學(xué)的本質(zhì)區(qū)別。“量子力學(xué)有它獨(dú)特
之處,一般它只預(yù)言一個(gè)事件的幾率,而不對(duì)這個(gè)事件會(huì)不會(huì)發(fā)生作任何決定論的論
斷”。量子力學(xué)以統(tǒng)計(jì)的方式揭示了微觀體系運(yùn)動(dòng)所具有的確定性與不確定、必然性與
偶然性、波動(dòng)性與粒子性之間的辯證前系,從而擯棄了經(jīng)典力學(xué)中單值決定論、單純必
然性和簡(jiǎn)單因果性等傳統(tǒng)觀念。這不僅是物理學(xué)的一次重大革命,而且也是人類認(rèn)識(shí)史
上的一次新飛躍。正如玻恩本人在獲獎(jiǎng)后所說的那樣:“與其說昌因?yàn)樵谖宜l(fā)表的工
作里包括了一個(gè)新自然現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),倒不如說是因?yàn)槟抢锩姘艘粋€(gè)關(guān)于自然現(xiàn)象的
新思想方法基礎(chǔ)的發(fā)現(xiàn)”。對(duì)此,日本物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者湯川秀樹評(píng)論說,
量子力學(xué)“提出了比相對(duì)論更富于哲學(xué)性的問題,尤其是,一個(gè)原因并不一定產(chǎn)生一個(gè)
結(jié)果,這種不確定性肯定對(duì)我們的思想方法產(chǎn)生深刻的影響”。
但是,幾千年來的文明發(fā)展史,從古希臘的德謨克利特(Democritus,約公元前
460-前370)到近代的斯賓諾莎(Spinoza,1632-1677),人類認(rèn)識(shí)的基本指導(dǎo)思想
一直是單純必然性和簡(jiǎn)單因果性觀念,反映在近代自然科學(xué)上則是牛頓(I.Newton,
1642-1727)、拉普拉斯(P.Laplace,1749-1827)等人經(jīng)典物理學(xué)中的單值決定論
定律,現(xiàn)代物理學(xué)中愛因斯坦的相對(duì)論也基本如此。在經(jīng)物理學(xué)中,任何物體的運(yùn)動(dòng)都
被作用其上的諸力嚴(yán)格決定,例如,月亮愛地球引力作用以一定速度沿固定轉(zhuǎn)道繞地球
運(yùn)轉(zhuǎn),可以按照牛頓運(yùn)動(dòng)定律準(zhǔn)確算出它在某一時(shí)刻必然出現(xiàn)在哪一點(diǎn),嚴(yán)格遵循簡(jiǎn)單
因果和單值決定論定律,從來不存在幾率問題。這就是19世紀(jì)整個(gè)精確和科學(xué)的基本哲
學(xué)原則,也是愛因斯坦和玻恩所屬的這一代物理學(xué)家所得到的最基本教導(dǎo)。正是由于這
種傳統(tǒng)觀念的驅(qū)使,愛因斯坦等一些物事學(xué)家,對(duì)舊量子論暴露出來的問題,不是積極
向前探求全新理論,反而采取了墨守陳規(guī),甚至拉向倒退的態(tài)度。
1954年,玻恩榮獲諾貝爾獎(jiǎng)金后,在法國(guó)所作題為“量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)詮釋”的演講
中指出:“愛因斯坦、德布羅意和薛定諤不停地在強(qiáng)調(diào)量子力學(xué)具有不能令人滿意的特
征,他們要求回到經(jīng)典的牛頓物理學(xué)概念。”薛定諤還認(rèn)為他的波動(dòng)論有可能回到?jīng)Q定
論的經(jīng)典物理去;普朗克稱贊薛定諤用波動(dòng)方程“重新建立了決定論”;德布羅意則認(rèn)
真嘗試尋找“隱參數(shù)”以“拯救決定論”。愛因斯坦比別人更不愿意放棄決定論,他
“嘲弄”統(tǒng)計(jì)解釋的擁護(hù)者是“相信上帝的權(quán)力要依靠擲骰戲”。愛因斯坦深信,我們
這個(gè)世界根本不存在偶然性和非決定論,因?yàn)?#8220;是帝是不投骰子的”。1963年,狄拉克
在“量子力學(xué)與自然現(xiàn)象的發(fā)展”一文中反復(fù)指出,愛因斯坦等人“堅(jiān)決反對(duì)放棄決定
論”。可以認(rèn)為,堅(jiān)持回到經(jīng)典力學(xué)的決定論是反對(duì)量子力學(xué)統(tǒng)計(jì)解釋的思想基礎(chǔ)和認(rèn)
識(shí)根源。
玻恩、玻爾、海森堡、泡利和狄拉克等一大批物理學(xué)家則認(rèn)為,量子力學(xué)的發(fā)展及
其解釋“回到牛頓的決定論是不可能的”,夢(mèng)想“后退”“到牛頓一麥克斯韋(J.
Maxwell,1831-1879)的經(jīng)典格式”,那“是無望的”,它“違反時(shí)代精神”。玻恩
指出:“經(jīng)典物理的決定論已表明是一種假象,是由于過分重視數(shù)理邏輯的概念結(jié)構(gòu)而
產(chǎn)生的。它在探索自然中是一種偶象,而非理想,因此不能用它來反對(duì)關(guān)于量子力學(xué)的
基本上為非決定論的統(tǒng)計(jì)解釋”。“只要我們?nèi)菰S速度數(shù)據(jù)哪怕有最小的不準(zhǔn)確性,決
定論就要變成非決定論”。1972年9月狄拉克在意大利國(guó)際理論物理中心所作題目為
“物理學(xué)家的自然概念”的演講中說,量子力學(xué)“計(jì)算的是幾率,……解釋是統(tǒng)計(jì)性
的。……沒有經(jīng)典力學(xué)中的決定論,這是物理學(xué)家不得不去習(xí)慣的又一概念,他們必須
放棄偏愛決定論的成見,而放棄這個(gè)成見是非常困難的”。不僅愛因斯坦一直反對(duì)量子
力學(xué),連普朗克、德布羅意等開辟量子力學(xué)基礎(chǔ)的人們也對(duì)最后建立起來的量子力學(xué)或
多或少都有些抵觸,……可以說,對(duì)建立新物理學(xué)作出貢獻(xiàn)的人們有時(shí)也不能從舊想法
中完全解脫出來。
沖破傳統(tǒng)觀念的束縛
對(duì)波函數(shù)統(tǒng)計(jì)解釋的不同態(tài)度,反映了新思想與舊習(xí)慣之間的深刻矛盾,要想解決
這個(gè)矛盾,必須犧牲某些傳統(tǒng)觀念。
“科學(xué)總是革命的和非正統(tǒng)的,這是它本性”,其實(shí)質(zhì)就在于不斷探索新領(lǐng)域,發(fā)
現(xiàn)新規(guī)律,創(chuàng)立新理論,并用新眼光評(píng)價(jià)或更新舊觀點(diǎn)。但是,傳統(tǒng)觀念總是把已有理
論當(dāng)成包醫(yī)百病的萬應(yīng)靈藥,希望它能解釋所有現(xiàn)象;對(duì)舊理論暴露出來的弊病,總是
習(xí)慣于修修補(bǔ)補(bǔ),維持原狀;而對(duì)新的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造總是極力反對(duì),或想方設(shè)法將其納入
舊框架中。傳統(tǒng)觀念是科學(xué)發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和創(chuàng)造的巨大障礙,它束縛人們的頭腦和手腳,
該想的不敢想,該干的不敢干。特別是科學(xué)界某些權(quán)威受傳統(tǒng)觀念影響嚴(yán)重時(shí),造成的
危害可能就更大了。由于過分迷信權(quán)威,如果科學(xué)發(fā)現(xiàn)有權(quán)威反對(duì),結(jié)果就會(huì)造成該承
認(rèn)的不敢承認(rèn),該支持的不敢支持,使得創(chuàng)造精神受到扼殺,科學(xué)發(fā)展受到阻礙。因此

發(fā)展科學(xué)必須擺脫傳統(tǒng)觀念的束縛,破除對(duì)權(quán)威的過分迷信,徹底解放思想,在科學(xué)的
征途上,做新發(fā)現(xiàn)的勇敢支持者,新領(lǐng)域的大膽探索者。

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雖然波恩在諾貝爾獎(jiǎng)事情里精神上受到了打擊,但是相對(duì)愛因斯坦來說,卻是幸運(yùn)的。
由于拒絕量子力學(xué),愛因斯坦后半生的研究實(shí)際上成了一團(tuán)廢紙,這是脫離物理實(shí)驗(yàn)
的天才失敗的最好例子。這就是波恩在這里遠(yuǎn)比愛因斯坦幸運(yùn)的地方。

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