- 巨人之爭
- 1927 年九月，在義大利科摩(Como)召開了一次紀念義大利科學家 Alexaudro Volta(1745-1827)逝世一百週年會議，許多世界知名科學家應 邀參加．Niels Bohr 在會議中首度公開地演講他的互補原理 (complementary principle)．Bohr 採用了大量的哲學語言來闡釋互補原理， 使大家感到震驚與困惑! 當時大多數人對於測不準關係及互補原理的深刻 內涵還不大明瞭．事後法國物理學家 Eugene Wigner 言道，Bohr 的演講 不會使我們當中任何一位改變對量子力學的看法．
- 幾 個星期後在布魯塞爾舉行的第五屆 Solvay Congress，包括 Bohr, Einstein, Max Born, Ervin Schrodinger, Louis deBroglie, Werner K. Heisenberg 等世界最著名的科學家都出席了這項盛會．Bohr 在會議中重述了他在科摩會 議上的觀點．由於 Einstein 並未參加科摩會議，這還是他首次聽到 Bohr 親自闡述互補原理和對量子力學的詮釋．Einstein 一直對量子力學的機率 解釋感到不滿，他曾在寫給 Born 的信中提到: 「量子力學雖然令人讚嘆， 但在我的心中有個聲音告訴我，它還不是那真實的東西……我無論如何不 相信上帝會在擲骰子!」因此人們急切地想知道 Einstein對 Bohr 觀點的 反應．本世紀最偉大的兩位科學巨人之間的大戰就此揭開序幕．
- Einstein 起來發言，表示贊同量子力學的系綜(ensemble)機率解 釋．deBrodlie-Schrodinger 波不是代表單個粒子，而是代表分布在空間中 的一個粒子系綜．理論所提供的信息是關於這個過程的系綜的，因此不贊成 量子力學是描述單一過程的完備理論．Einstein 的發言立即激起了與會學者 的熱烈討論．雖然 Einstein 和 Bohr兩人都儘量地使用客氣的言詞和有禮的 態度，尊重自己的對手．但兩人一交鋒，就充分顯示出問題的尖銳性．
- Bohr 極力地想說服 Einstein：難道不就是你第一個突破古典物理 的框架，提出相對論和光的量子理論嗎?難道不就是你首先在 1905 年提出光 的波粒二象性思想的嗎？不就是你將機率的概念引入來解釋輻射問題的嗎？像 你這樣一個量子物理的開拓者，難道不應該進一步接受更新的量子力學觀點， 把理論更進一步向前推進？
- 然而 Einstein 並不聽這一套． 他堅信，有一個離開知覺主體而獨立存在的客觀世界，是一切自然科學的基礎． 為 Einstein 立傳的作家 A.Pais 回憶道 ：「有一次和 Einstein 同行，他突然停下來，轉身問我是否真的相信，月亮 只有在我去看它的時候才存在？」
- Einstein 企圖用一些 理想實驗來反駁測不準原理．首先，他設計了一個讓電子通過單狹縫繞射的實 驗，認為這個實驗可以提供一個精確的時空坐標，同時又能提供對此過程中能 量和動量交換平衡的詳細說明．然而，Bohr 很決的指出，他不能避免在測量時 儀器對電子的干擾，即電子與狹縫邊緣的相互作用．這在分析理想實驗是十分 重要的．
- Einstein 見單狹縫難不倒 Bohr，第二天又想出 了新的實驗．他承認用確定位置坐標的同一系統來精確測量動量是不可能的，所 以他以分開的裝置，一個測位置，一個測動量．他設計了一個電子通過雙狹縫干 涉的實驗，當雙狹縫開啟時，從屏幕出現的亮點可以知道電子垂直方向的動量， 分別關上其中一個狹縫，就可以知道電子的確實位置．
- 然而 Bohr 在仔細思考後發現，如果關上其中任何一個狹縫，實驗的狀態就完全改變 了．當雙狹縫開啟時，即便電子一個個發射出來，最後仍會在屏上形成干涉條紋 ．假如輪流開啟一個狹縫，雖然可以得知電子究竟經過那個狹縫，但最後卻不會 再有干涉條紋了．就這樣，這個本來是 Einstein用來反駁量子力學的理想實驗， 經由 Bohr 的解釋在今日已成了說明測不準關係和互補原理的標準範例．
- 據 Heisenberg 事後回憶，Einstein 往往在吃早飯的時候告訴Bohr 他 所想出來反駁測不準原理的理想實驗．Bohr 立即著手分析，總是在吃晚飯前，Bohr 告訴 Einstein，他的實驗是駁不倒測不準原理的．如此接連數日，甚至使一些原本 懷疑 Copenhagen 解釋的科學家， 都轉而支持 Bohr 的立場了．
- 會議落幕了．雖然 Bohr 成功的 捍衛了測不準原理和互補性詮釋的無矛盾性，但 Einstein 並未服輸．他堅持：「 上帝並不擲骰子．」這場大戰正如火如荼地展開呢!
- Einstein 光盒
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三年後，第六屆的 Solvay Congress 開幕了．各國科學家都熱烈地期待著Einstein 和 Bohr 之間新的論戰．這次 Einstein 經過了三年的深思熟慮，顯得胸有成竹．他在黑板上畫了一個盒子，盒上有一個小孔 H，H 可由快門 S 來啟閉．快門則由盒中的時鐘機械置來控制，小盒的重量是可以測量的．盒中裝有一些輻射物質．我們可以調節快門使得剛好放出一個粒子之後就關閉（見圖一）．透過時鐘，可以精確的量出粒子放出的時間．另外，測量粒子放出後盒子的重量，我們也可以知道粒子的質量．經由 E=mc2 的關係式，能量也可以準確地計算出來．於是違反了 △E△t≧h/2π
的測不準關係．這就是著名的 Einstein 光盒(Einstein's box)實驗．由於實驗根本不涉及觀測儀器的問題，根本沒有外來粒子會改變粒子的運動．所以測不準關係破滅了，因果律和準確性都恢復了．一場新的論戰劇性的展開了． - 這會兒 Bohr 遇到了嚴重的挑戰，無法馬上找到問題的答案．他喃喃地說，如果 Einstein是對的，那物理學就完了．他和他的同事一夜未眠，檢查實驗的每一個細節，想要找出 Einstein 到底錯在那裡．經過通宵 的奮戰之後，Bohr 終於找出了反駁 Einstein 的辦法．
- 第二天
，Bohr 也在黑板上畫了一個草圖（見圖二）．但和 Einstein 不同的是，他給出
量稱小盒重量的方法．他用彈簧把小盒吊起來．盒上有一指針，可以沿固定在支架
上的標尺移動．這樣就可以讀出小盒在粒子跑出前後的重量了．Bohr 請大家回憶
Einstein 的廣義相對論中的等效原理．當時鐘在重力場中發生位移時，它的快慢
會發生變化．當粒子跑出盒子而導致盒子重量變化時，盒子將在重力場中移動一段
距離．這樣子讀出的時間也會有所改變，因而導出測不準關係．這是廣義相對論中
著名的紅位移公式：
△T=T△φ/c2
公式表示一個 在重力場中移動的時鐘，在移過一個位勢差 △φ 時在時間 T 內時鐘快慢的改變． Bohr隨即用紅位移公式導出了測不準 關係． -
這下子 Einstein 不得不承認 Bohr 的推論是無懈可擊的! 他自己在設計這個理想
實驗的時候，居然沒有考慮到廣義相對論的效應，實為一大疏忽，真是遺憾!Bohr
用 Einstein 的相對論駁倒了他本人，取得了第二回合的勝利．Bohr 的勝利獲得
了大多數物理學家的贊同．Copenhagen 解釋也被奉為是量子力學的正統解釋． - Einstein 對他的失敗欣然接受．還有什麼東西比他自己的理論對他更 有說服力呢? 這次論戰的結果是 Einstein 對量子力學態度的一個轉捩點．他意 識到在量子力學的形式體系內是駁不倒測不準原理的．他不再懷疑測不準原理了． 但他仍然對 Copenhagen 的詮釋持否定的觀點．因為量子力學本身不能證明機率特 性是微觀粒子本身的屬性．Einstein 失敗了，但是並沒有被說服．相反的，由於 Einstein 堅持他的信念，而把論戰提升到更高的境界．並在物理學及哲學上產生許 多新的問題．
- 主要取材自：探幽入微之路--量 子歷程