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决战量子之巅

1900年4月27日，伦敦 ，阿尔伯马尔街皇家研究所(RoyalInstitution,AlbemarleStreet)报告会
开尔文男爵(LordKelvin)做名为《在热和光动力理论上空的19世纪乌云》 的演讲发言。当时已经76岁，白发苍苍的他用那特有的爱尔兰口音说道： “动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在这一理论的优美性和明晰性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了……”
这两朵著名的乌云，分别指的是经典物理在光以太和麦克斯韦-玻尔兹曼能量均分学说上遇到的难题。再具体一些，指的就是人们在迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射研究中的困境。 
第一朵乌云，最终导致相对论革命爆发。
第二朵乌云，最终导致量子论革命爆发。 
至此，经典物理学的万里晴空被骤然划破，二十世纪最惊心动魄，扣人心弦的量子物理学论战便拉开了序幕
地点：第五届索维尔会议

那可能算是一场前无古人的物理学界群英会。出席的重量级使你不能不吃惊。在这次与会的29人中，有17人获得了诺贝尔物理学奖。文章最后贴出了此次会议的物理全明星照片。
人物：

出场的第一位人物叫普朗克，这位勇士在上文提到的第二朵乌云里找到了新世界的钥匙。
为了解决黑体问题，普朗克认为必须假定，能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。（图中给的数字为普朗克常数，即6.626×10^-34焦耳*秒）。这个看似平常的假设在经典物理学是不可想象的，它甚至完全颠覆了我们的常识：当我们说，这个化学反应总共释放出了100焦耳的能量的时候，我们每个人都会潜意识地推断出，在反应期间，曾经有某个时刻，总体系释放的能量等于50焦耳，等于32.233焦耳，等于3.14159……焦耳。总之，能量的释放是连续的，它总可以在某个时刻达到范围内的任何可能的值。这个观念是如此直接地植入我们的内心深处，显得天经地义一般。 这种连续性和平滑性也是微积分的根本基础。牛顿、麦克斯韦那庞大的体系，便建筑在这个地基之上。而现在，普朗克的假设引发了一场大地震，物理学所赖以建立的根本基础开始动摇了。 
1900年12月14日，普朗克在柏林宣读了他关于黑体辐射的论文，宣告了量子的诞生。那一年他42岁。
而我们的路易斯·德布罗意(LouisdeBroglie)当时8岁，正在他那显赫的贵族家庭里接受良好的幼年教育。他对历史表现出浓厚的兴趣，并乐意把自己的时间花在这上面。下面该他出场了

路易·维克多·德布罗意(Louis Victor de Broglie，1892年8月15日——1987年3月19日)法国著名理论物理学家，1929年诺贝尔物理学奖获得者，波动力学的创始人，物质波理论的创立者，量子力学的奠基人之一。
就是此人首次提出了“物质波”（即德布罗意波）的概念，什么是“物质波”？我先给大家粘贴一个段子：高一物理课上。老师：一个小石头落入沙子中有波产生么？某神：有！它的机械波是存在的，虽然极小！老师：……你不要发言了…同学们，其实这时可以视为没有波……大神（嘀嘀咕咕）：要是忽视机械波，还有辐射呢……不算辐射还有物质波呢……
从段子里我们会发现物质波便是甚至比辐射更普遍的任何物质都享有的波动，一切物质都是已这种波的形式弥散在空间与时间里的。这种波的特殊性在于，它是以概率的形式存在的，而不受任何方程所规定。换句话说，我们永远预测不了此播动。放在宏观角度看此波便更为诡异，万物均由量子构成，因此你我也均随时随刻处在这种弥散状态：你以为你现在正在电脑或手机屏幕前吗？其实不然，说准确点应该是：你现在身在电脑或手机屏幕前的概率比较大！我完全可以说你在火星上，只是概率小而已。再举个例子，我们每个人在理论上都有穿墙术，只要你尝试足够多次，你一定有机会穿越墙壁的（虽然你穿越的时间甚至需要超过宇宙的年龄）。
而此幅图把重点放在了德布罗意的另一个假设上，即光的波粒二象性。相信读过高中的同学都对此词不陌生，我就在这里不细说了。

马克斯·玻恩(1882～1970)，德国犹太裔理论物理学家，量子力学奠基人之一。因对量子力学的基础性研究尤其是对波函数的统计学诠释，获得1954年的诺贝尔物理学奖。
玻恩再给爱因斯坦的书信中写道：“我认为，诸如绝对的必然性、绝对的严格性和最终的真理等等这些概念，都是想象中虚构的东西，它们在任何一个科学领域中都是不能接受的。另一方面，任何几率的断言或是正确的或是错误的，这要看它们所依据的理论的观点。这种思想上的解放，在我看来，是现代科学赐给我们的最大的恩惠。因此，只相信单一的真理和相信自己是真理的占有者，那是世界上一切坏事的根源。”
玻恩于87岁时去世了。在哥廷根他的墓碑上刻着关系式：pq－qp=h/2m 。玻恩生前认为是这他对科学做出的最重要的一项贡献。

美籍奥地利科学家沃尔夫冈·泡利（Wolfgang E.Pauli，1900～1958）， 他迎着20世纪一同来到世界。父亲是维也纳大学的物理化学教授，教父是奥地利的物理学家兼哲学家。
泡利是那种标准的天才式的物理学家，其研究范围涉及了物理学的几乎所有方面。他为人傲慢，言辞犀利刻薄，问题刁钻，且对任何权威都能直言不讳不留情面。这一点从他的两个绰号“上帝的鞭子”和“科学家的良知”中也可以看出。泡利还在上学期间，一次国际会议上见到了爱因斯坦，爱因斯坦演讲演完后，泡利站起来说：“我觉得爱因斯坦不完全是愚蠢的。”此话被传为名言。在哥本哈根做访问学者期间，他是唯一敢于打断波尔讲话的人，并且对波尔的错误毫不隐瞒地指出来。
而图中这句话便也出自他的一则轶事：一个学生兴冲冲的拿着自己许久写出的论文给泡利，泡利扫了一遍说道：”这是一坨屎，根本就不对，甚至不能说是错的！“（图中所示）
懂点科哲的人都知道此评价已经损到极致。因为科学，在著名科学哲学家卡尔·波普尔（Karl Popper）的理论中的一个最大的特点便是其”可证伪“性。换句话说，一个理论，只有当它有被证明是错误的可能性的时候，它才具备了作为科学理论的条件。如果泡利对此学生的评价仅是”此论文不对“的话，就说明这篇论文的虽有错误，但若经过修改，或许还能构造出一个不错的科学体系。但若是”不能说是错的“，那就说明此论文的体系本身便不能算作科学的，打根上便没有任何价值。（ps：星座，如果能成为一个初级体系的话，便不具有证伪性。）

薛定谔，奥地利物理学家。概率波动力学的创始人。1887年8月12日生于维也纳，1961 年1 月4日卒于奥地利的阿尔卑巴赫山村。即使再不熟悉他的人，也都知道他脑海里那只半死不活的猫。
图片中的文字便是调侃他那著名的思想实验——”薛定谔的猫“。
此实验试图证明量子力学在宏观条件下的不完备性而提出的一个思想实验。内容如下：把一只猫放进一个封闭的盒子里，然后把这个盒子连接到一个包含一个放射性原子核和一个装有有毒气体的容器的实验装置。设想这个放射性原子核在一个小时内有50％的可能性发生衰变。如果发生衰变，它将会发射出一个粒子，而发射出的这个粒子将会触发这个实验装置，打开装有毒气的容器，从而杀死这只猫。根据量子力学，未进行观察时，这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态，但是，如果在一个小时后把盒子打开实验者只能看到“衰变的原子核和死猫”或者“未衰变的原子核和活猫”两种情况。
提出这个实验的目的其实是为了打击当时盛行的由玻尔，波恩，海森堡为代表的哥本哈根学派。在处理量子态问题上，薛定谔鉴定地站在了爱因斯坦的一边。可惜到目前来看他确实站错了队，换句话说，那只猫确实将处于生死叠加状态。

保罗·埃德里安·莫里斯·狄拉克于1902年8月8日出生于英国布里斯托尔港。他的父亲是瑞士人，当时是一位法语教师，狄拉克是家里的第二个孩子。许多大物理学家的童年教育都是多姿多彩的，比如玻尔，海森堡，还有薛定谔。但狄拉克的童年显然要悲惨许多，他父亲是一位非常严肃而刻板的人，给保罗制定了众多的严格规矩。比如他规定保罗只能和他讲法语(他认为这样才能学好这种语言)，于是当保罗无法表达自己的时候，只好选择沉默。在小狄拉克的童年里，音乐、文学、艺术显然都和他无缘，社交活动也几乎没有。这一切把狄拉克塑造成了一个沉默寡言，喜好孤独，淡泊名利，在许多人眼里显得geeky的人。有一个流传很广的关于狄拉克的笑话是这样说的：有一次狄拉克在某大学演讲，讲完后一个观众起来说：“狄拉克教授，我不明白你那个公式是如何推导出来的。”狄拉克看着他久久地不说话，主持人不得不提醒他，他还没有回答问题。 
“回答什么问题？”狄拉克奇怪地说，“他刚刚说的是一个陈述句，不是一个疑问句。”（如图中所示）

韦纳·海森堡（Werner Heisenberg）德国理论物理和原子物理学家、量子力学的创立者，1932年诺贝尔物理学奖获得者，“哥本哈根学派”代表性人物，他对物理学的主要贡献是给出了量子力学的矩阵形式（矩阵力学），提出了“测不准原理”（又称“不确定性原理”）和S矩阵理论等。
而其中最出名的便是他的”测不准原理“了，因为此原理直接将传统科学世界里最重要的基石全盘击毁，那就是”因果律“。传统科学中，不管在任何领域内，因果律都属于最基本的预设：在同一体系内，如果我知道一个物体（如小球）的速度，质量，运动方向等一切前件时，我必然能预测出下一秒此小球的状态。但测不准原理表明：一个微观粒子的某些物理量（如位置和动量，或方位角与动量矩，还有时间和能量等），不可能同时具有确定的数值，其中一个量越确定，另一个量的不确定程度就越大。
如果测不准原理被证明为真，那么经典物理学将完全被击垮，而我们那早已被蹂躏已久的常识，将会又一次遭受致命的颠覆——整个世界将是不可确定的，宇宙并不像一个完美的钟表（只要我们付出努力便能掌握终极规律和真理），而更像 一团波，一个概率，或是一团杂乱永不可测的量子。而据说海森堡的墓志铭便于此原理有关，那就是—— He lies somewhere here 我长眠于此，却已在别处 （如图所示）

（爱神大家都已熟悉，生平不再介绍）
爱因斯坦首当其冲反对哥本哈根学派，尤其是刚才海森堡提出的测不准原理“。
作为昔日物理世界的反抗者，爱因斯坦曾高举相对论的旗帜，孤身如骑士一般向经典物理的卫道士们提出挑战。被真理眷顾的他将牛顿一手创立的豪华城堡击了个粉碎。可是就是这样的叛逆者，当他面顿哥本哈根学派的量子理论时，也不免吓了一跳。曾经一度睥睨常识的他突然觉得”测不准原理“”意识干扰“”量子自杀实验“等假说是那么的离经叛道。这一次，爱因斯坦慢慢转向了卫道士的角色。针对哥本哈根学派，他提出了非常著名的口号：上帝是不会掷骰子的。

尼尔斯·亨利克·大卫·玻尔（Niels Henrik David Bohr，1885.10.07～1962.11.18) 丹麦物理学家，哥本哈根学派的创始人1885年10月7日生于哥本哈根。
身为哥本哈根学派的老大，听闻爱因斯坦的口号岂能坐以待毙，于是在学术论战之外，双方打嘴炮的时候也决不在少数（如图中所示）
不过追求真理的人总是心心相印的，爱因斯坦和玻尔始终是一对相互尊敬的好朋友。玻尔认为它是自己“许多新思想产生的源泉”，而爱因斯坦则高度称赞玻尔：“作为一位科学思想家，玻尔所以有这么惊人的吸引力，在于他具有大胆和谨慎这两种品质的难得融合；很少有谁对隐秘的事物具有这一种直觉的理解力，同时又兼有这样强有力的批判能力。他不但具有关于细节的全部知识，而且还始终坚定地注视着基本原理。他无疑是我们时代科学领域中最伟大的发现者之一。”
以下便是第五届索维尔会议中的物理界全明星阵容：

 文章部分文字出自《上帝掷骰子吗——量子物理学史话》