“光子箱”模型.ppt

“光子箱光子箱”模型模型一个经典的思想实验引言引言v遥想在1962年的一个夜晚，远在另一个半球的北欧丹麦的哥本哈根，77岁的玻尔仍然不能忘怀32年前1930年在第六届索尔维会议上爱因斯坦提出的反驳“量子理论”的光子箱模型。v还是那个“光子箱”模型(玻尔与爱因斯坦的第二次论战），32年过去了。就是在那个夜晚，玻尔又一次工作到了深夜，他在自己的工作室的黑板上画了那个32年前的“光子箱”的草图。至死，玻尔还在从他的那位伟大对手那里寻求灵感的光芒。v虽然在32年前他已经用爱因斯坦自己的广义相对论驳倒了爱因斯坦，但是爱因斯坦和哥本哈根学派的这场争论却始终没有结果，32年过去了如此，如今又过去了70多年，争论还在继续。v虽然在32年前他已经用爱因斯坦自己的广义相对论驳倒了爱因斯坦，但是爱因斯坦和哥本哈根学派的这场争论却始终没有结果，32年过去了如此，如今又过去了70多年，争论还在继续。v玻尔的对手和朋友爱因斯坦早在7年前的1955年就先走了一步，而就是在那个寒冷的夜晚刚刚过去的第二天，玻尔悄然的在自己的卧室里逝去，另一位20世纪的伟人就这么平静的、毫无痛苦的离开了人世。第一次论战第二次论战“光子箱光子箱”实验实验v1929年，玻尔发表了一篇剑走偏锋的论文，用相对论的基本原理同他的量子力学理论相比较，其中说“通过对于观察问题的深入分析，相对论注定要揭露一切经典物理学概念的主观性质”，为他关于“在主体和客体之间不可能保持任何明确分界线”的主张提供佐证。v早已名满天下的爱因斯坦当然不会容忍这样的“挑衅”。1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开，早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了一个著名的思想实验“光子箱”，试图从能量和时间这一对变量的测量上来否定不确定关系。v为了提高测量时间和能量精确度，他设想了一个具有理想反射壁的箱子，里面充满辐射。箱子上有一快门，用箱内的时钟控制，快门启闭的时间可以任意短，每次只释放一个光子，只要测出光子释放前后整个箱子质量的变化，就可以根据相对论质能转化公式，v精确地测出光子的能量E。因为质量的测量是在开窗之前与开窗之后，与t无关，这样测出的光子的能量就可以超出Eth给出的精度，总可以使Eth，于是证明了不确定关系不成立。“以彼之道还施彼身以彼之道还施彼身”v玻尔被爱因斯坦提出的问题难住了，一时无言以对。然而经过一个不眠之夜的紧张思考，终于找到了解决问题的办法。玻尔发现这个实验未考虑到广义相对论的红移效应，他用爱因斯坦建立的理论解决了爱因斯坦提出的问题。v第二天一早，玻尔就在索尔维会议上发言，首先在黑板上画了一幅与右图相似的草图，实际上是昨天爱因斯坦那幅图的改进，他假设箱子是挂在弹簧秤下，箱子上安有指针，从标尺可以读出指针的位置，测定盒子的质量。解决问题的关键解决问题的关键-引力红移引力红移v解决问题的关键是引力红移。在引力场中不同位置处光的波长或频率要发生变化，光子向上运动x距离，要克服引力势能，其频率要减少，能量要下降v设在快门开启后，盒子上升x距离，v光子频率分别为和，由光子能量守恒有v或（1）（2）v光子频率的不确定量v对盒中的时钟，会发生相同的情况。在引力方向移动一段距离x时，时针快慢会改变，它的读数在一段时间间隔t内，将差一个量t，它由下面的关系式给出：（3）（4）v对盒子位置的任一测定，由于实验精度造成的x的不确定性，必然带来盒子动量的不确性，它同x是由关系式v联系着的。显然，这一不确定量一定小于引力场在称量重量的整段时间t中所能给予一个质量为m的物体的总冲量，即（5）v由式（4），（5）得v将代入上式，我们就得到在称量过程中，时钟调节的不确定量t与能量不确定量E之间的关系再次导出与不确定关系一致的结果。整个过程是自洽自洽的。（6）一个比喻一个比喻v爱因斯坦和玻尔买了一台液晶显示器，看图片看得好开心。爱因斯坦说，这图片不断放大一定能看到越来越细的细节。玻尔说，我认为，放大到一定程度以后就再没有细节了。爱因斯坦说，任何一样东西怎么可能没有细节，要是没有细节也肯定是你的放大镜不好。v实际情况是，电脑的图片确实有像素的限制，跟爱因斯坦的信念不符。而玻尔并不是因无能而弄不清细节，而是因为本来就没有细节。两个人都是很自信很确定的。v无论如何，爱因斯坦没有被说服，因为玻尔的反驳只是取巧，理论上存在值得商榷之处，因为量子力学的假设不依赖测量过程的性质。v不过这次会议多少是个转折点，爱因斯坦终于承认了玻尔对量子力学的解释不存在逻辑上的缺陷，他的主攻方向从找出量子力学的不自洽性，转到证明量子力学的不完备性上了。v在一些野史上，这个回合的交锋以下面的对话结束。爱因斯坦对玻尔说：“难道你们真的相信上帝也靠掷骰子办事吗？”玻尔回敬道：“我们不能教导上帝该怎么做！”题记题记v整个事件曲折离奇，好莱坞的编剧只怕也相形见绌，不过我一直在想的问题是，如果爱因斯坦本人晚几年发表他的广义相对论，一切又会如何呢v爱因斯坦和玻尔关于量子理论争论的对与错现在无法评说，但是从对于真知的追求的角度来说，二人都是值得尊敬和佩服的，他们都是是所有科学家的榜样。结束语结束语v怀念许多年前离开我们的玻尔，怀念那最后的“光子箱”。我们睡去，醒来还有明天，我相信对于科学的追求也终会有美好的明天，人们对于物质和世界本原的认识，也终究能够更进一步，然而路漫漫，我们需要一个又一个象玻尔这样的伟人！谢谢观赏谢谢观赏制作人：光信息0310341田振此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！