頂級物理學家的辯論：愛因斯坦的"光盒子"

1927年的索爾維(Solvay)大會結束後，玻爾在與愛因斯坦的就量子力學的角逐中佔到上風，但他始終沒能使愛因斯坦在兩點上信服，一是哥本哈根詮釋是當時唯一成功的量子力學詮釋，二是量子力學是一個&34;理論。筋疲力盡的愛因斯坦卻感到自己被徵服了，他在寫給索末菲的信中說，可能量子力學是一個成功的統計理論，&34;。

1927年第五次物理索爾維會議

這裡介紹一下索爾維會議，索爾維國際物理學化學研究會是由比利時企業家歐內斯特·索爾維於1912年在布魯塞爾創辦的一個學會，研究會負責邀請世界著名的物理學家和化學家對前沿問題聚集到一起進行討論的會議。索爾維會議致力於研究物理學和化學中突出的前沿問題，每三年舉辦一次；參加者都是一流物理學家與化學家，索爾維會議在物理學的發展史上佔有重要地位，在二戰期間中斷過幾次會議，直到今天也仍在舉辦。

1930年第六次物理索爾維會議

1930年10月20日，第六次索爾維會議在布魯塞爾召開；在這次原本主題是&34;的國際物理學會議上，郎之萬任大會主席，玻爾和愛因斯坦作為自然科學委員會成員被邀，此外還有狄拉克、海森堡、克拉默斯、泡利和索末菲等34名成員應邀出席，其中有10位諾貝爾獎獲得者。這次大會上，愛因斯坦有備而來，他拿出了自己的絕活——提出了一個&34;的假想實驗，首先向哥本哈根學派發起了挑戰。愛因斯坦聲稱，這是違反&34;的另一個&34;，因為利用這個&34;，可以同時精確測出一個光子的&34;和&34;，而根據&34;，這兩個量是不可能同時被精確測定的。由於與大會的主題不符，他與玻爾的爭論只能在會下進行，這場爭論的細節沒有被正式記錄，只是由一些目擊者的回憶片段收集而來。

愛因斯坦

愛因斯坦的&34;的確設計得非常狡黠，多年以後，玻爾為這個光盒子繪製了一個示意圖。把光子箱中裝有一定數量的放射性物質，下面放一隻鍾作為計時控制器，它能在某一時刻將盒子右上方的小洞打開，放出一個光子，這樣光子跑出來的時間就能從計時鐘上準確獲知。少了一個粒子，小盒的重量差則可由小盒左方的計量尺和下面的砝碼準確地反映出來，根據愛因斯坦質能公式E＝mc2，質量的減少可以折合成能量的減少；因此，放出一個粒子準確的時間和能量都能準確測得，盒子裡的時鐘定時後，在適當的時刻打開擋板。

玻爾

實驗開始時，先對盒子稱重，然後定時打開擋板，放出一個光子，光子逃逸出去的時刻可以由時鐘精確地知道；玻爾仔細地聽著，不放過任何一個細節，但從上述的每一個步驟中，他都沒有找出破綻。正在不知愛因斯坦&34;的時候，愛因斯坦的臉上突然現出一抹詭笑，說道：&34;就在這一瞬間，玻爾恍然大悟，意識到他和哥本哈根詮釋陷入了&34;。這第二次稱重的細節，玻爾實在沒有想到；原來，在專利局的時候，愛因斯坦就有了驚人的發現，質量和能量是不可分的。對於失去了一個光子的&34;無疑可以通過稱重得知失去一個光子的質量，同時也就知道了這個光子的能量，根據海森堡的測不準原理，任何粒子的時間和能量都不能同時被精確測準，而現在這個實驗直接摧毀了這個原理，這與海森堡的不確定性原理完全相左，準確性和因果性再次獲得了完整的表達。

據比利時物理學家裡昂•羅森菲爾德回憶，當時玻爾驚呆了，他面色蒼白，呆若木雞，感到十分震驚，不能馬上找出這個問題的答案。他著實慌了手腳，在會場上一邊從一個人走向另一個人，一邊喃喃地說：&34;這天晚上玻爾的心情非常不好，他找了一個人又一個人，希望說服他們愛因斯坦所說是&34;的；如果愛因斯坦是對的，等於物理學走入了死胡同，物理學也就終結了，但是別人找不出任何理由來反駁他。

玻爾緊靠在愛因斯坦的旁邊快步走著

玻爾的助手羅森菲爾德不是大會的代表，他順道來看望玻爾，以後始終不忘那天所看到的情況。事後他回憶說，這些代表開完會回到酒店時，&34;愛因斯坦卻不急，對他來說，這既不是什麼&34;，也不是什麼&34;，只不過想由此說明量子力學前後矛盾，是不完備的。與此同時，他還想擊敗不確定性原理，以拯救物理學的&34;，證明&34;獨立於&34;而存在。

這一晚上，羅森菲爾德說，玻爾看上去就像&34;。玻爾心煩意亂，通宵未眠，翻來覆去地審查愛因斯坦&34;實驗的每一個細節，後來，他把思考集中到了稱重上。突然，腦中靈光一閃，他笑了，愛因斯坦終於露了馬腳，這個相對論大師犯了一個不可饒恕的相對論錯誤他準備明日早餐桌上品嘗勝利的滋味。第二天上午，會議繼續進行，玻爾喜氣洋洋地走向黑板，也畫了一幅&34;思想實驗的草圖。與愛因斯坦不同的是，玻爾具體給出了稱量小盒子重量的方法；他把小盒用彈簧吊起來，在小盒的一側，他畫了一根指針，指針可以沿固定在支架上的標尺上下移動。這樣，就可以方便地讀出小盒在粒子跑出前後的重量了。

玻爾的演草紙

然後，玻爾請大家回憶愛因斯坦創立的廣義相對論。在愛因斯坦的廣義相對論中，一個重要的成果是引力的&34;，也就是在引力場越強的地方，時鐘越慢。如果一隻鍾掛在天花板上，另一隻鍾放在地板上，地板上的鐘要比天花板上的鐘慢3×10-16秒。玻爾抓住了這個細節。當&34;失去一個光子時，因為失去一份能量，質量也隨之減輕，盒子必然上升，事先與實驗室鐘錶調整好同步的鐘就失去了同步，因而不可能精確測量光子逃逸出去的時間，所以能量與時間不可能同時測準，又會導出測不準關係。可見，如果用這套裝置來精確測定粒子的能量，就不能準確控制粒子跑出的時間。玻爾隨之給出了運用廣義相對論原理的數學證明。

玻爾完善後的愛因斯坦光盒

愛因斯坦不得不又一次承認，玻爾的論證和計算都是無可指責的。他自己居然在設計這個理想實驗時，只考慮了狹義相對論而沒有考慮廣義相對論，出了一個大疏忽，玻爾巧妙地利用愛因斯坦設計的思想實驗和他創立的相對論，駁倒了愛因斯坦本人，取得了論戰的勝利。愛因斯坦最終接受了玻爾的觀點，不再揪住&34;不放，而把思考的重點放在了量子力學的&34;上。

1962年11月17日玻爾去世前，在他書房黑板上的最後一張圖，是前一天晚上畫的愛因斯坦光盒。