物理学革命与哲学

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1、第四节：物理学革命与哲学一场国际性的大论战哥本哈根解释统计解释关于哥本哈根学派与爱因斯坦之争的评述本节教学目的和要求1.了解量子力学的“波函数的统计解释”和“测不准关系”的涵义；2.了解哥本哈根学派与爱因斯坦等人之争的概况及其实质；3.深刻理解哥本哈根学派与爱因斯坦等人之争在物理学史乃至人类认识史上的重大意义。一、一场国际性的大论战1.量子力学虽然建立了，但关于它的物理解释却众说纷坛，莫衷一是。2.波动方程中的所谓波究竞是什么?3.如何认识微观领域里的测不准关系?4.围绕上述问题哥本哈根学派与爱因斯坦等物理学家之间

2、进行了旷日持久的论战。NielsBohr(1885-1962)TheNobelPrizeinPhysics1922"forhisservicesintheinvestigationofthestructureofatomsandoftheradiationemanatingfromthem"尼尔斯·玻尔：丹麦著名物理学家，玻尔研究所创始人哥本哈根学派创始人，量子力学奠基人之一丹麦国家队守门员玻尔和哥本哈根学派玻尔简介：玻尔（1885~1962）是推广、应用与发展量子论的又一科学家。玻尔出生在哥本哈根一个颇有声望的知

3、识分子家庭，祖父是语言学家，父亲是哥本哈根大学生物学教授。玻尔18岁进入哥本哈根大学物理系学习。1911年入英国剑桥大学和曼彻斯特大学深造，在这里结识了他的良师益友卢瑟福，在他的鼓励和帮助下完成了他的原子结构理论。玻尔一直坚持量子论这块阵地，成为这场物理学革命中的风云人物以及这场革命的主力部队—哥本哈根学派的领导人。玻尔研究所（1920——）哥本哈根学派的建立BohrCopenhagenConference1929主要成员沃尔夫刚·泡利(WolfgangPauli)1945NobelPrize沃纳·海森堡(Wern

4、erHeisenberg)1932Nobelprize1930年第六届索尔威会议泡利狄拉克玻尔居里夫人朗之万爱因斯坦上帝会掷骰子么？1.1波函数的统计解释及其争论1.波动方程中的所谓波究竞是什么?2.薛定谔本人认为，它就是一种物质波，而其粒子性只是波的某种密集，即‘波包”。3.玻恩则认为，电子的粒子性是基本的，它的波函数表征的是电子这种粒子在某时某地出现的几率。波函数的统计解释某一时刻出现在某点附近体积元dV中的粒子的概率，与波函数模的平方成正比。概率密度波函数Ψ(x,y,z,t)的统计解释(哥本哈根解释)：波函数

5、模的平方代表某时刻t在空间某点(x,y,z)附近单位体积内发现粒子的概率，即

6、Ψ

7、2代表概率密度。波函数的统计意义是波恩于1926年提出的。由于波恩在量子力学所作的基础研究，特别是波函数的统计解释，他与博特共享了1954年的诺贝尔物理学奖。关于“波函数的统计解释”的不同理解1926年，玻恩提出波函数服从统计原理，其哲学思想与哥本哈根学派一致，但两者对量子力学的解释有差异，尽管他们都承认几率的概念，但哥本哈根学派认为几率可以描述单个事件，而统计解释者则认为不能。爱因斯坦是统计解释的积极倡导者和宣传者，认为正是由于这种

8、统计性质，才使得量子力学对微观系统的描述是不完备的。波函数统计诠释涉及对世界本质的认识观念哥本哈根学派——爱因斯坦著名论战量子力学背后隐藏着还没有被揭示的更基本的规律，这个规律对量子力学有新的解释。上帝不会掷骰子波函数的概率解释是自然界的终极实质玻尔、波恩、海森堡、狄拉克、泡利、费曼等爱因斯坦、薛定谔、德布罗意等海森堡不确定性原理一对不对易的共轭力学量在测量时不能同时确定。对易：不对易：海森堡不确定性(测不准)原理：(共轭力学量)1.2“测不准关系”及其争论对于微观粒子，不能同时用确定的位置和动量来描述。h──谱朗

9、克常数△x──表示微粒沿x方向的位置坐标的测不准量。△px──表示微粒沿x方向的动量测不准量。玻尔互补原理与观测概念之认定1.玻尔进一步提出了量子力学的互补思想：两个量，在测量其中一个量时妨碍了同时对另一个量的测量精度，那么这两个量就是互补的。2.互补原理：两个互斥的方面有时互相补充的，必须同时兼顾，二者共同构成对同一客体的完备描述。3.波粒二重性：4.非经典粒子，非经典波5.微观客体运动在不同实验安排下，呈现于宏观仪器上的不同图象6.人们没办法，才做一个近似的，唯象的，互相补充的描述。哥本哈根解释1.玻尔的互补性

10、原理，得到玻恩、泡利和狄拉克等哥本哈根学派成员的支持2.1932年冯·诺意曼在哥本哈根观点的基础上形成了完备性定理和测量定理。3.哥本哈根学派在解释量子现象和基本理论的同时，还散发了一系列哲学和意识形态方面的观点，他们认为，量子力学对微观世界的描述，无论从科学还是哲学的角度来看，都是十分完备的。哥本哈根解释玻尔敏锐地意识到它正表征了经典模念的局限性，因此以之