在当前的辩论中，有一方面是新引入的量子力学范式的创始人，包括沃纳·海森堡本人，还有他的合作者沃尔夫冈·波利，马克斯·伯恩，亨德里克·克拉默斯，路易斯·德布罗意，尼尔斯·玻尔和保罗·狄拉克。在另一边，是经典的确定性的范式的支持者，显著代表是爱因斯坦，还有马克斯·普朗克，保罗·埃伦费斯特和薛定谔。在这次会议的29位参加者中，有17位已经或将获得诺贝尔物理学或化学奖。其中还包括已经获得两项冠军的玛丽·居里。第五届苏威国际电子和光子会议于1927年10月在比利时布鲁塞尔举行。自1911年成功举行成立大会以来，索尔维会议一直致力于解决物理领域杰出的显著开放问题，大约每三年举行一次。从1913年到1961年，每一次聚会都是围绕量子理论中的开放性问题展开的。会议由亨德里克·洛伦兹（Hendrik Lorentz）主持，于1927年召开，会议的正式主题是“光子和电子”。实际上，1927年的会议围绕着两个新兴的物理学流派之间日益增长的争议展开讨论：被海森堡（Heisenberg）引入的新量子力学迷住的人们，以及仍然坚持被取代的确定性范式的人们。前者由尼尔斯·波尔（Niels Bohr）领导，后者由阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）领导。本文通过上面这张引人注目的照片的镜头叙述了所谓的“量子物理学的黄金时代”的起源，突出了其在1927年第五届索尔维会议期间最有影响力的主角及其观点。预计阅读时间为17分钟。
后排
从后排的左侧开始，除了一些鲜为人知的面孔外，我们还看到了一些熟悉的面孔。例如，奥古斯特·皮卡德（Auguste Piccard，1884-1962年），以瑞士物理学家，发明家和探险家而闻名，他以大胆，破纪录的充氦气球飞行以及发明了第一只深水船而闻名，他曾经进行无人潜水最早是在1948年探索海洋深处的。埃里·亨里欧（ÉmileHenriot，1885-1961年）是玛丽·居里（Marie Curie）的学生，是法国的化学家，首先发现钾(potassium) 和铷(rubidium)是天然放射性物质。荷兰-奥地利物理学家保罗·埃伦费斯特（Paul Ehrenfest，1880–1933年），是爱因斯坦的亲密朋友，其博士生导师路德维希·博尔兹曼（Ludwig Boltzmann），他对统计力学及其与量子力学的关系，包括相变理论，做出了重大贡献。Jules-ÉmileVerschaffelt（1870-1955）和de Donder（1872-1957）都是比利时人物理学家，后者以牛顿化学亲和力概念与吉布斯自由能概念之间的相关性发展而闻名。拉尔夫·福勒（Ralph Fowler，1889–1944年）是英国剑桥的物理学家和天文学家，也许最著名的是与狄拉克（Dirac）监督并合作研究白矮星的统计力学，以及将狄拉克（Dirac）引入量子理论并通过尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）使狄拉克（Dirac）和海森堡（Heisenberg）彼此保持联系（这三位成员也出席了会议）。里昂·布里渊（Leon Brillouin，1889–1969年）是法国物理学家，他在论文发表前发表了关于固体量子理论的论文，并在会议的前一年与格雷戈尔·温策尔（Gregor Wentzel，1898–1978年）和亨德里克·克拉默斯（1894–1952年）独立发展作为Wentzel-Kramers-Brillouin近似，用于找到具有空间变化系数的线性微分方程的解。除了这些才华横溢的人，就我们的故事而言，与他们三个有关：
- 维尔纳·海森堡（1901-1976年）
- 沃尔夫冈·保利（Wolfgang Pauli，1900-1958年）
- 埃德温·薛定谔（1887–1961）
维尔纳·海森堡
现年26岁的德国物理学家维尔纳·海森堡（Werner Heisenberg），他在1925年突破性论文《量子力学对运动和机械关系的重新解释》奠定了矩阵力学的基础，这是第一个概念上自主的以及量子力学在逻辑上一致的表述。据报道，海森堡与沃尔夫冈·保利（Wolfgang Pauli）的往来书信一直在花粉病恢复期间进行研究。目的是试图通过可观察到的参数（例如，量子跃迁的跃迁概率）来描述一维非谐振荡器的能级（Segrè，1980）。海森堡于1925年7月将该论文发送给了马克斯·伯恩（Max Born），以进行审查并决定是否应将其提交发表。该论文于同年9月在《物理杂志》上发表。在二年后的2月份，海森堡完成了他的下一个革命性的论文《关于量子运动学和力学的描述性内容》，其中他以草案形式介绍了海森堡不确定性原理。
“即使从原则上讲，我们也不能完全了解现在。因此，观察到的一切都是从众多可能性和对未来可能性的限制中选择的……。确定的位置越精确，在此刻已知的动量就越少，反之亦然。” -海森堡（1927）
海森堡的不确定性原理主要由数学上的不等式组成，这些不等式断言，对于某些特定的粒子物理特性对，其精度存在根本性的限制。结合他对矩阵力学的介绍，该论文出版帮助海森堡获得了1932年诺贝尔物理学奖。
沃尔夫冈·波利
在海森堡（Heisenberg）于1925年发表论文介绍现代量子力学的矩阵论之后不久，他的合作者，出生于奥地利的沃尔夫冈·保利（Wolfgang Pauli）在他的论文《从新的量子力学的角度看氢谱》，因此为海森堡理论提供了第一个验证。正如Pauli在论文摘要中解释的那样：
“证明了具有单个电子的原子的巴尔默项是由新的量子力学正确产生的，并且在旧理论中出现的困难…在新理论中消失了。”
关于这项工作，麦克斯·伯恩（Max Born）稍后会说，从保利的计算发表之时起，“物理学家对理论（指量子力学）的正确性不再有任何疑问”（Born，1956年）。
欧文·薛定谔
到1927年会议召开时，传奇的奥地利物理学家薛定谔已有40岁，并已成为正式教授六年，首先是弗罗茨瓦夫大学，然后是苏黎世大学。会议召开时，他刚刚接替了马克斯·普朗克（Max Planck）柏林弗里德里希·威廉大学（Friedrich Wilhelm University）的职位。现在，薛定谔这个名字可能是他后来对流行的量子力学思想实验“ 薛定谔的猫 ”的表述而闻名的。然而，他对物理学的最重要贡献是在1926年发表了他的论文《量化为特征值问题》，其中薛定谔引入了所谓的薛定谔方程，该方程描述了量子力学系统的波函数。从而为后来的波动力学奠定了基础。著名的是，尽管薛定谔在量子力学的基础上发挥了重要作用，但他对它的含义从未完全满意，他后来写道：“我不喜欢它，对不起，我不想与它有任何关系”。他对薛定谔的猫的主张实际上是在嘲笑物理学的非确定性观点。
中排
继续到中间行，再次从左边我们看到另一位诺贝尔奖获得者，荷兰化学家彼得·德拜（Peter Debye，1884–1966），他主要因将偶极矩的概念应用于不对称分子的电荷分布而闻名。在他的直接左边，我们看到马丁·克努森（1871年至1949年），为他的分子气体流的研究和开发的著名丹麦物理学家努森池，和劳伦斯·布拉格（1890年至1971年），英国物理学家，开拓X-射线晶体学家和1915年诺贝尔奖获得者。除狄拉克（Dirac）外，还出现了1927年诺贝尔奖获得者，美国物理学家亚瑟·康普顿（Arthur Compton，1892–1962年），他俩都因发现黑星而闻名。康普顿效应证明了电磁辐射的粒子性质以及他后来对曼哈顿计划的贡献。保罗·兰格文（Paul Langevin）（前排）的学生路易斯·德布罗意（Louis de Broglie，1892-1987年）也在那里。德布罗意（de Broglie）是第一个（在他的1924年博士学位论文中）假设电子的波性质并暗示所有物质都具有波性质的人。现在被称为“ 德布罗意假设 ”，这是德布罗意的想法，薛定ding在波罗力学的表述中就使用了这一观点。在1927年通过戴维森-杰默（Davisson-Germer）实验进行实验验证后，德布罗意（De Broglie）于1929年获得了诺贝尔物理学奖。除了这些才华横溢的人之外，我们再次将注意力集中在少数几个在早期量子理论的阐述中尤为突出的人。其中
- 尼尔斯·波尔（1885–1962）
- 亨德里克·克拉默斯（1894–1952）
- 麦克斯·伯恩（1882–1970）
- 保罗·狄拉克（Paul Dirac）（1902–1984）
尼尔斯·波尔（Niels Bohr）
尼尔·玻尔（Niels Bohr）在会议召开时享年42岁，他当然是丹麦物理学家，以他（和欧内斯特·卢瑟福（Ernest Rutherford））于1913年提出的原子玻尔模型公式闻名，该公式提出电子的能级是离散的，并且电子在原子核周围以稳定的轨道旋转，但可以从一个能级（轨道）跳到另一个能级。该模型在1922年赢得了玻尔（Bohr）的诺贝尔物理学奖。在30年代，他曾帮助难民摆脱了纳粹主义。丹麦被德国人占领之后，他亲自游说海森堡（当时是德国核武器计划的负责人），谈论核战争的影响。他也是英国对曼哈顿项目的访问的一部分，后来参与了在日内瓦建立欧洲核子研究组织的工作。会议之前，海森堡一直在哥本哈根大学玻尔理论物理研究所担任讲师。玻尔已将海森堡的论文介绍给爱因斯坦，介绍了不确定性原理。在会议期间，玻尔领导辩护，通过对爱因斯坦的批评来捍卫海森堡的工作含义，爱因斯坦通过现在著名的“狭缝实验”说明了他的批评：
思想实验：狭缝实验
考虑一个粒子穿过宽度为d的狭缝。由于粒子穿过壁，因此狭缝引入了大约h / d的动量不确定性。但是，让我们通过测量墙的后坐力来确定粒子的动量。通过这样做，我们通过保持动量找到了粒子的动量达到任意精度。
玻尔的反应很简单：他认为光子穿过的壁确实也是量子力学系统。这样，为了将壁的反冲力测量到精度为Δp，还必须在粒子通过之前以该精度知道壁的动量。这意味着在这种精确度下，壁的位置实际上也是不确定的，就像粒子穿过壁时一样。这样，狭缝的位置等于h /Δp，并且如果精确地知道墙的动量足以测量后坐力，则根据海森堡的不确定性原理，狭缝的位置将具有足够的不确定性，无法测量其位置。玻尔在辩论中的胜利以及他与哥本哈根大学海森堡的密切关系导致以海森堡，玻尔，博恩等人为首的非确定性观点的口语命名为量子物理学的“ 哥本哈根解释 ”。
亨德里克·克拉默斯
居中排的还有荷兰物理学家亨德里克·克拉默斯（Hendrik Kramers，1894-1952年），他曾在哥本哈根的玻尔（Bohr）担任博士学位。候选人，后来在莱顿的埃伦费斯特。在海森堡在1925年提出量子力学之前，克雷默斯与他合作开发了所谓的克雷默斯-海森堡色散公式，该公式表示电子散射光子的横截面，这对于建立海森堡1926年的结果至关重要。保罗·狄拉克
到现在为止，出席会议的著名物理学家之一是保罗·狄拉克（Paul Dirac），当时25岁，是剑桥大学拉尔夫·福勒（Ralph Fowler）（后排）的研究员。前一年，他以有关海森堡量子力学的第一篇论文完成了博士学位。Dirac的贡献使他获得了博士学位。发生在1925年。他的上司（Fowler）收到了海森堡论文的证明副本，他在其中首次介绍了矩阵力学，并将其交给狄拉克供他检查。狄拉克注意到了一种奇怪的数学关系，后来他意识到，它与经典的粒子运动动力学中的泊松括号具有相同的结构。这一认识导致他引入了基于非交换动态变量的量子理论，这使他获得了新颖而有启发性的量化规则（从物理学的经典理解过渡到量子理解的过程），即所谓的规范量化程序。他的规则结合了海森堡的矩阵力学和薛定s的波浪力学的思想，并表明它们实际上是等效的。正如他的仰慕者和剑桥大学卢卡斯数学教授一样，史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）后来写道：“在现代量子力学的三位创始人中，海森堡和薛定er可以声称对这一理论有初见。但这是狄拉克（Dirac）将它们放在一起并揭示出整个画面的结果。索尔维会议之后的一年，狄拉克（Dirac）独立于保利（Pauli），发现了现在称为狄拉克方程（Dirac equation），该方程描述了所有奇偶性都是对称的自旋½质量粒子，例如电子和夸克。该发现是第一个暗示存在反物质的发现，仅在数年后通过实验证实了这一点。狄拉克将继续与Schrödinger分享1933年诺贝尔物理学奖，“以发现原子理论的新生产形式”。
马克斯·伯恩
最后，在中间一排，我们还发现了德国物理学家和数学家马克斯·伯恩（Max Born，1882-1970年），尽管他不像海森堡那样出名，但在矩阵力学的发展以及后来使用的概率密度函数的制定方面发挥了重要作用由。会议的前一年，正是鲍恩在回应海森堡1925年的出版物时提出，量子力学最好由概率来理解。现在简单称为“ 伯恩法则 ”（Born rule），给出了量子系统上的测量将产生给定结果的可能性。它是Born于1926年在《关于碰撞的量子力学》中首次提出的。在本文中，Born解决了散射问题的薛定谔方程。现在，该规则被认为是量子力学的基本定律。到1927年10月召开会议时，博恩和海森堡对他们的结果非常有信心，以至于他们宣称量子力学“是完整且不可撤销的”：
当我们考虑对电磁场进行量子力学处理时（尚未完成），我们认为量子力学是一个封闭的理论，其基本物理和数学假设不再易受任何修改。“因果关系法则的有效性”我们有这样的观点：只要人们只考虑位于我们当前获得的物理和量子力学经验范围内的实验，则原则上不确定性的假设（这里被视为基本假设）是一致的有经验。-Born＆Heisenberg（1927）。第五届索尔维大会论文集
前排
最后，照片的前排主要由（当时）年龄较大的物理学家控制，其中一些人从事量子物理学工作，而有些人则没有。夫人玛丽·居里（1867-1934），在谁曾在两个物理（1903年）和化学（1911）获得了诺贝尔会议的唯一的人，从来没有工作过的量子理论。相反，她在放射性的性质和性质以及发现镭和po元素以及成功地隔离和研究前者的性质方面做了巨大的工作。同样，会议主席亨德里克·洛伦兹（Hendrik Lorentz，1853年至1928年），尽管他在1926年曾在康奈尔大学（Cornell University）进行过有关量子物理学的系列讲座，但从未亲自发表过有关该主题的研究。欧文·兰格缪尔（Irving Langmuir，1881-1957年）是美国化学家和物理学家，他因在表面化学领域的研究而获得1932年诺贝尔奖。现在，法国物理学家保罗·兰格文（Paul Langevin）（1872-1946）因其对兰格文动力学和兰格文方程的发展而闻名，同时也是路易斯·德布罗意（Louis de Broglie）和莱昂·布里渊（LéonBrillouin）的监督者（目前）。瑞士物理学家Charles-EugéneGuye在他的左边（1866–1942）是爱因斯坦在苏黎世联邦理工学院的老师之一，他的实验结果是最早支持洛伦兹和爱因斯坦关于狭义相对论的预测的实验之一。苏格兰的查尔斯·汤姆森·里斯·威尔逊（Charles Thomson Rees Wilson，1869年至1959年）是物理学家和气象学家，他因发明了所谓的云室（一种用于可视化电离通道的粒子检测器）而赢得了当年的诺贝尔奖。辐射。第二年，诺贝尔奖授予威尔逊左翼的人欧文·理查森（Owen Richardson，1879–1959年），他是英国物理学家，以在热电子发射和理查森定律的推导方面的工作而闻名。但是，在我们的辩论中，最重要的是，最前面的是两名年长的男人：
- 马克斯·普朗克（1858–1947）
- 阿尔伯特·爱因斯坦（1879–1955）
马克斯·普朗克
较老的普朗克在建立量子物理学中起着至关重要的早期作用，他于1900年提出了著名的普朗克黑体辐射定律或简称普朗克定律。爱因斯坦（Einstein）和薛定谔（Schrödinger）后来在他们的诺贝尔奖获奖论文中使用了普朗克定律，描述了黑体在热平衡状态下发出的电磁辐射的光谱密度。从本质上讲，他是一个保守的头脑；他对革命一无所知，并且对投机行为完全持怀疑态度。但是，他对事实证明逻辑推理的强大力量的信念是如此强烈，以至于他没有畏缩于宣布最革命的想法曾经动摇过物理学。
艾尔伯特爱因斯坦
最后，当然，前面是阿尔伯特·爱因斯坦（1879–1955）。在这一年48岁的时候，爱因斯坦通过引入特殊和广义相对论，质量能等价物以及光电效应的性质等方法，对物理学进行了多次革命。他早在1921年就已获得诺贝尔奖，但是在海森堡（Heisenberg）在1925年发表的介绍矩阵力学的论文之后，就对现代物理学的发展方向感到不满。坚定的决定论者，他著名的诗句
是在苏威会议期间与玻尔对峙时制作的。两人对该主题的著名和公开辩论一直持续到1935年发表了所谓的《爱因斯坦-波多尔斯基-罗森》（Einstein-Podolsky-Rosen）论文，题为《对物理现实的量子力学描述》可以被认为是完整的吗？无论如何，我深信上帝他不玩骰子。—爱因斯坦
会议一年后，尽管有分歧，但爱因斯坦还是提名海森堡和博恩获得诺贝尔奖。后来他还提名沃尔夫冈·保利（Wolfgang Pauli）（1945年）。尽管他们很少见面或交流非常频繁，但爱因斯坦和玻尔的相互钦佩仍然存在，正如爱因斯坦的秘书海伦·杜卡斯（Helen Dukas）稍后所说：
“他们热烈而深爱着彼此”