在科学史上,1926年的哥本哈根理论物理研究院是一个动荡的年份,它见证了物理学基础的一次剧烈动摇。一群物理学家,尤其是尼尔斯·玻尔和他的学生维尔纳·海森堡,正站在一场革命的边缘。
玻尔早在1913年就因提出革命性的原子结构理论而闻名。他的理论基于量子假说,认为电子只能在特定的能量轨道上绕原子核运动,并且只能通过吸收或发射量子能量进行轨道间的跃迁。然而,他始终在寻找更深层次的解释,希望揭示量子化行为的根本原因。
1925年,海森堡提出了一种新的理论,即矩阵力学。在北海的赫尔戈兰岛上疗养期间,他摒弃了传统物理学的理论基础,以矩阵形式表达量子理论,试图用数学严谨地描述原子发射光的频率和强度。
然而,海森堡的理论虽然数学上严谨,却未能明确解释这些数学对物理现实的含义。他选择只基于实验结果进行研究,避免对潜在现实做出假设。这一做法引起了爱因斯坦和薛定谔等物理学家的质疑。
薛定谔在1926年提出了另一种理论,即波动力学,认为量子粒子可以描述为波。这一理论似乎提供了量子力学的物理图景,与海森堡的矩阵力学形成了竞争。
玻尔在尝试理解海森堡的理论时,发现了两人之间的分歧。他倾向于接受薛定谔的波的概念,并提出了“并协原理”,认为像电子这样的物理实体可以同时表现出粒子和波的性质,但这两面性不能在同一时间或同一实验中同时出现。海森堡对此并不满意,更倾向于纯粹的数学推演。
在接下来的几年里,双方进行了激烈的讨论和辩论。海森堡提出了不确定性原理,指出量子粒子的某些属性无法同时精确测量。这一原理挑战了经典物理学的观念,引发了关于现实本质的深刻思考。
玻尔对海森堡的论文提出了批评,认为他忽视了伽马射线的波动性。经过更多讨论,海森堡最终同意在论文末尾加上注释,承认玻尔的波粒二象性互补性观点。这一事件标志着哥本哈根学派内部的分歧和妥协。
一个世纪后,科学家们仍在争论量子力学对现实本质的意义。其他解释量子力学的观点也不断涌现,如德布罗意-玻姆的导航波理论和埃弗雷特的多重世界观。
这些解释都试图找到量子力学和客观现实的联系,回归哲学家所说的现实主义。然而,对量子世界的科学调查至今仍未满足现实主义者的要求。量子力学依然是一个充满谜团和争议的领域。