哥本哈根學派:物理學派-中文百科頻道

研究内容

其中玻恩、海森伯、泡利以及狄拉克等都是這個學派的主要成員。哥本哈根學派對量子力學的創立和發展作出了傑出貢獻，并且它對量子力學的解釋被稱為量子力學的“正統解釋”。玻爾本人不僅對早期量子論的發展起過重大作用，而且他的認識論和方法論對量子力學的創建起了推動和指導作用，他提出的著名的“互補原理”是哥本哈根學派的重要支柱。玻爾領導的哥本哈根理論物理研究所成了量子理論研究中心，由此該學派成為當時世界上力量最雄厚的物理學派。

量子力學

哥本哈根學派的解釋在定量方面首先表述為海森伯的不确定關系。這類由作用量量子h表述的數學關系，在1927年9月玻爾提出的互補原理中從哲學得到了概和總結，用來解釋量子現象的基本特征——波粒二象性。所謂互補原理也就是波動性和粒子性的互相補充。

該學派提出的量子躍遷語言和不确定性原理(即測不準關系)及其在哲學意義上的擴展(互補原理)在物理學界得到普遍的采用。因此，哥本哈根學派對量子力學的物理解釋以及哲學觀點，理所當然是諸多學派的主體，是正統的、主要的解釋。

主要特點

由玻爾領導的哥本哈根學派展現了一個典型的科學學派的衆多特點：擁有一個魅力型科學權威，建立良好的研究場所，籌集到足夠多的研究資金，把握主流的研究領域，活躍着幾位青年科學家，蘊含獨特的精神文化。關于這些特點的描述可以在寫作手法截然不同的兩本玻爾傳記《尼耳斯·玻爾傳》（旨在精确評述玻爾的學術成就和思想，屬于科學型傳記）（[美]阿布拉罕·派斯，戈革譯，尼耳斯·玻爾傳，商務印書館，2000）和《和諧與統一——尼耳斯·玻爾的一生》（主要叙述的玻爾的人生經曆，屬于生活型傳記）（[丹麥]尼耳斯·布萊依耳，和諧與統一：尼耳斯玻爾的一生，東方出版中心，1998）以及一本專門描述玻爾建立的理論物理研究所的《玻爾研究所的早年歲月》（[丹麥]羅伯森，楊福家譯，玻爾研究所的早年歲月：1921～1930 ，科學出版社，1985）中找到。

作為一個魅力型權威，玻爾具有突破經典觀念的創新勇氣（28歲時就撰寫了具有劃時代意義的著名論文《論原子和分子的結構》，把量子假說應用到原子模型中，提出了使他1922年獲得諾貝爾獎的氫原子模型）；玻爾具有熱心提攜青年、獎掖後學的美德（哥本哈根學派成員中大多數是30歲左右的年輕人）；玻爾具有開放性的國際性精神（不同國籍、語言、文化和性格的科學家紛紛趕到哥本哈根，共同探索量子力學的深刻含義）；玻爾在性格上是幽默的、外向的、合群的，“在生活中和思想上迫切需要和别人在一起”，這一點與愛因斯坦在科學上的離群個性迥異。

由于對自己和助手狹小的工作場所不滿意，玻爾于1917年申請在哥本哈根大學建立理論物理研究所，從此投入了大量精力，發動自己已成為有錢人的舊時同學伯爾勒姆進行私人募捐和企業贊助用以購買地皮。這種用自己作為著名科學家的名義擔保籌措資金的辦法，減輕了政府負擔，也為他赢得了卡爾斯伯基金會的捐款，最後用4年時間完成了研究所的建設。從科學史來看，量子力學的每一個進展或多或少都與這個研究所和玻爾有着聯系，因此該研究所成了哥本哈根學派的大本營，玻爾則是名副其實的旗手。

成員

除玻爾本人外，哥本哈根學派的重要成員有海森伯、泡利和狄拉克，他們都是不到30歲的年輕人。海森伯、泡利通過他們的導師索末菲和著名的“玻爾節”與玻爾相連。1922年夏天，玻爾應邀赴德國哥廷根講學，由于有衆多的知名的和即将出名的物理學家參加，演講盛況空前，被稱為“玻爾節”。玻爾認為，他到哥廷根講學的最大收獲就是第一次認識了兩位極具才華的青年－海森伯和泡利，并很快邀請他們到哥本哈根進行合作。玻爾節期間，玻爾與海森伯的曆史性散步的情節及其雙方的重要性都得到了傳記作者的肯定性的描述，展現了玻爾的識人之才和海森伯的智慧和勇氣。

在很短的時間内，量子力學得到快速發展。海森伯給出了描述微觀粒子運動的矩陣力學方程；當幾乎是同時奧地利物理學家薛定谔給出了波動力學方程而引起對微觀粒子的物理本質的争論時，與海森伯同在理論物理研究所學習的泡利發現了矩陣力學和波動力學的等價性；随後，英國年輕物理學家狄拉克在哥本哈根發展了量子力學的更為普遍的理論—變換理論；海森伯接着又提出了測不準原理，玻爾則在此基礎提出了更具有哲學意義的互補原理（并協原理）。海森伯、泡利、狄拉克都先後獲得了諾貝爾物理學獎。哥本哈根學派的其他重要人物還有魏紮克、克喇默斯、約旦、伽莫夫等。

研究重點

哥本哈根成員都把研究重點放在量子力學基礎的诠釋。他們在主要的基本觀點上求同存異，在切磋中提高，在争論中完善，共同形成了哥本哈根學派的主要思想和觀點，被稱為正統的或經典的“哥本哈根解釋”。他們認為，可觀察量是建立理論的基礎和依據，在邏輯上無法排除人們的主觀成分，因此量子理論是主客觀要素的結合體；量子躍遷是量子物理的最基本的概念，微觀粒子的運動是不連續的，使得測量兩個彼此相連的變量遵循測不準原理，同時精确測量這兩個變量就不可能；描述微觀粒子的波函數是一種幾率波（這主要是由德國科學家玻恩給出的解釋），在宏觀領域中成立的因果定律和決定論在微觀領域不成立；從實驗中所觀測到的微觀現象隻能用通常的經典語言做出描述，微觀粒子呈現波粒二象性佯謬是用經典語言描述的結果，因此經典語言描述的微觀現象既是互補的又是互斥的。

關于哥本哈根精神，不同的人有不同的描述，如“完全自由的判斷與讨論的美德”；“高度的智力追求，大膽的涉險精神，深奧的研究内容與快樂的樂天主義的混合物”；“玻爾給人的鼓舞和指導，與他周圍年輕物理學家的天才和個人才幹的協同一緻，一種領導與群衆之間的互補性”；“由于他的洞察力和鼓舞力量，玻爾點燃了想象的火炬，并讓他周圍人們的聰明才智充分地發揮出來”。

代表人物

玻爾，丹麥物理學家，哥本哈根學派性創始人。1885年10月7日生于哥本哈根，1903年入哥本哈根大學數學和自然科學系，主修物理學。1907年以有關水的表面張力的論文獲得丹麥皇家科學文學院的金質獎章，并先後于1909 年和1911年分别以關于金屬電子論的論文獲得哥本哈根大學的科學碩士和哲學博士學位。随後去英國學習，先在劍橋J.J.湯姆遜主持的卡文迪什實驗室，幾個月後轉赴曼徹斯特，參加了以E.盧瑟福為首的科學集體，從此和盧瑟福建立了長期的密切關系。當時盧瑟福的有核原子模型剛剛确立，人們對于原子内部的結構和運動還所知甚少，而無論是光譜學方面的少數幾條定律還是化學方面的元素周期表，也還都停留在經驗規律的水平上，還根本沒有得到任何滿意的理論解釋。另一方面，盧瑟福的有核原子模型卻明顯地和經典物理學不相容，就是說，按照經典理論，盧瑟福模型将不會有物質原子所具有的那種穩定性。在這樣的形勢下，玻爾經一兩個月的廢寝忘食的探索，初步創立了他自己的原子結構理論。他于1912年夏回國，在母校任講師，利用課餘時間繼續研究擴展自己的理論。1913年，他以《論原子構造和分子構造》為題，先後分三大部分發表了長篇論文，為20世紀原子物理學開辟了道路。他在自己的理論中，采用了當時已有的量子概念，提出了幾條基本的“公設”，提出了至今仍很重要的原子定态、量子躍遷等概念;有力地沖擊了經典理論，推動了量子力學的形成。

玻爾的理論在解釋氫原子光譜的頻革規律方面取得了相當圓滿的結果，在說明星體光譜中某些線系的起源方面糾正了流行的看法，他的定态概念得到了越來越确切的實驗驗證，他的某些理論預見也得到了實驗的證實，成就十分巨大。但是，在開始時，這種理論還不能很好地說明其他元素的光譜，而且根本無法說明任何一條光譜線的強度和偏振，而玻爾的宏偉目标卻從一開始就是要說明各種原子和分子的形形色色的物理性質和化學性質，特别是說明顯示這些性質的變化情況的元素周期表，為了達到這樣的目的，為了更深入地探索經典理論和量子理論之間的關系，玻爾逐步發展并于1918年初次闡述了他的理論。他認為，按照經典理論來描述的周期性體系的運動和該體系的實際量子運動之間存在着一定的對應關系;具體地說，體系的經典廣義坐标傅裡葉系數和體系的躍遷幾率之間存在着簡單的對應關系。後來這一理論被稱為對應原理。這一原理在當時的發展水平上成了從經典理論通向量子理論的橋梁，而且後來也形成了海森伯矩陣力學的直接的前奏。玻爾的理論觸發了大量的研究工作。玻爾吸收了别人的研究成果，利用自己的對應原理，對各種元素的光譜和X射線譜、光譜線的(正常)塞曼效應和斯塔克效應、原子中電子的分組和元素周期表，甚至還有分子的形成，都提出了相對合理的理論诠釋。由于這些輝煌的成績，他獲得了1922年的諾貝爾物理學獎。

1921年，在玻爾的倡議下成立了哥本哈根大學理論物理學研究所。玻爾領導這一研究所先後達40年之久。這一研究所培養了大量的傑出物理學家，在量子力學的興起時期曾經成為全世界最重要、最活躍的學術中心，而且至今仍有很高的國際地位。

當量子力學的數學表達形式在1924一1926年間基本上确立以後，M.玻恩很快地提出了波函數的幾率诠釋(統計解釋)而W.K.海森伯也緊接着提出并按照自己的理解闡述了他的測不準原理。這兩種相互關聯的看法形成了所謂哥本哈根觀點的重要内容，而作為哥本哈根學派的“精神領袖”的玻爾，也就在這種基礎上提出了他的“互補性”觀點(後來被稱為“互補原理”），并逐步發展了他的“互補哲學”。

海森伯原理的提出，引起了一系列的哲學争議：物質微觀運動的基本規律統計性是否是實質的？是否必須放棄或推廣決定論或因果原理？量子力學能否看成一種“完備的”理論？微觀客體和測量儀器之間到底是什麼樣的關系？人對事物的認識有沒有最終的界限？如此等等。

玻爾在1927年首次提出的互補性觀點就是企求回答這許多問題。這一觀點并無固定的成文的表達，玻爾在不同的場合提出了不同的說法。按照他的看法，物質世界中的客體，精神世界中的概念，語言文字中的單詞，全都各自具有許多不同的“方面”，有如數學中同一個多值函數的許多不同的值。對于同一個研究對象來說，人們一經承認了它的某些方面就必須放棄另外的一些方面，在這種意義上二者是“互斥的”。然而，那些另外的方面卻又不是可以徹底廢除的，因為在另外的适當條件下人們還必須用到它們(這時就必須放棄在前面提到的條件下所應承認的那些方面)。在這種意義上二者又是“互補的”。例如，玻爾認為，微觀客體的“粒子性”和“波動性”，就是這樣既互斥又互補的兩個方面。這種想法，就是所謂互補原理的基本内容。

按照玻爾的看法，追究既互斥又互補的兩個方面中哪一個更“根本”，是毫無意義的;人們隻有而且必須把所有的方面連同有關的條件全都考慮在内，才能而且必能(或者說“就算是”）得到事物的完備描述。

玻爾認為他的互補原理是一條無限廣闊的哲學原理。在他看來，為了容納和排比“我們的經驗”，因果性概念已經不敷應用了，必須用互補性概念這一“更加寬廣的思維構架”來代替它。因此他說，互補性是因果性的“合理推廣”。尤其是在他的晚年，他用這種觀點論述了物理科學、生物科學、社會科學和哲學中的無數問題，對西方學術界産生了相當重要的影響。

玻爾的互補哲學受到了許許多多有影響的學者們的擁護，但也受到另一些同樣有影響的學者們的反對。圍繞着這樣一些問題，爆發了曆史上很少有先例的學術大論戰，這場論戰已經進行了好幾十年，至今并無最後的結論，而且看來離結束還很遙遠。

作為盧瑟福的學生，玻爾除了研究原子物理學和有關量子力學的哲學問題以外，對原子核問題也是一直很關心的。從20世紀30年代開始，他的研究所花在原子核物理學方面的力量更大了。他在30年代中期提出了核的液滴模型，認為核中的粒子有點像液滴中的分子，它們的能量服從某種統計分布規律，粒子在“表面”附近的運動導緻“表面張力”的出現，如此等等。這種模型能夠解釋某些實驗事實，是曆史上第一種相對正确的核模型。在這樣的基礎上，他又于1936年提出了複合核的概念，認為低能中子在進入原子核内以後将和許多核子發生相互作用而使它們被激發，結果就導緻核的蛻變。這種頗為簡單的關于核反應機制的圖像至今也還有它的用處。

當L.邁特納和O.R.弗裡施根據O.哈恩等人的實驗提出了重核裂變的想法時，玻爾等人立即理解了這種想法并對裂變過程進行了更詳細田的研究，玻爾并且預言了由慢中子引起裂變的是鈾-235而不是鈾-238。他和J.A.惠勒于1939年在《物理評論》上發表的論文，被認為是這一期間核物理學方面的重要成就。衆所周知，這方面的研究導緻了核能的大規模釋放。

玻爾一生愛好和平，崇尚民主，反對侵略，反對獨裁。1933年希特勒在德國上台以後，玻爾曾經親赴德國安排受迫害的知識分子出逃，後來就在丹麥組織了專門的機構來協助和營救這些人。當時一大批德、意等國著名學者受到過玻爾他們的幫助，這在學術文化的發展史上是起了不可低估的作用的。納粹德國控制丹麥以後，玻爾起初留在國内，和抗敵組織保持了密切的聯系。直到1943年德軍總部下令逮捕他時，他才冒險出亡，經瑞典到英國，不久就到了美國。在美國期間，他曾參加研制原子彈的工作并作出了重要貢獻，但他的動機完全是為了反擊納粹，而且從一開始就意識到了核軍備競賽的危險。在此期間，他曾多次和英美兩國首腦接觸，建議他們及早作好控制和限制核武器的安排，但沒有成功。第二次世界大戰在1945年結束以後，他就毅然和任何核武器的制造斷絕了關系。從那時起，他大力呼籲和平，并于1950年發表了《緻聯合國的公開信》。同時他大力推動核能的和平利用，鼓吹學術上的國際合作，倡議并領導了歐洲核子中心和北歐原子物理學研究所。

自從1913年成名以來，玻爾先後得到了各國政府和學術團體所贈予的許多崇高的榮譽和頭銜。他多次連任丹麥皇家科學院主席，多次訪問世界各國。1937年夏季，他曾來中國，訪問了上海、杭州、南京和北平，對中國人民很為友好。1947年，丹麥政府決定授子他級别很高的勳章，要求受勳者有一個族徽。玻爾親自設計了他的族徽，其中心圖案采用了中國古代的“太極圖”，來形象地表示他的互補思想。

玻爾于1962年11月16日在哥本哈根逝世。