他与爱因斯坦相爱相杀，不会踢足球的物理学家不是一个优秀的教育家
▲ 尼尔斯·玻尔
今天，我们来讲讲这个建立了哥本哈根学派，拿过诺贝尔物理学奖，跟爱因斯坦相爱相杀的物理界男神玻尔！
足球？物理？
1885年，玻尔出生在丹麦的哥本哈根，父亲是哥本哈根大学的生理学教授，母亲出身于一个富有的犹太人家庭，弟弟后来成为了剑桥大学的数学教授。
▲ 玻尔一家
从小，天赋异禀的玻尔不仅是当地有名的学霸，还特别擅长运动，俗称“别人家的小孩”。
1903年，18岁的玻尔，以优异的成绩考入了丹麦排名第一的哥本哈根大学，专攻物理，业余时间还玩得一手好球！
本以为玻尔会一直专心致志地研究物理，没想到被球探发掘，和弟弟哈那德·玻尔一起成为了著名足球运动员，两兄弟（一个主力门将，一个主力前锋）称霸丹麦足坛。
▲ 哈那德·玻尔和尼尔斯·玻尔
1908年伦敦奥运会，弟弟代表丹麦夺得了足球银牌；而哥哥只能候补，作壁上观。至于玻尔为什么被列为后补，那就有点意思了！
听说别家队伍正在外围努力远射时，作为主力门将的玻尔却在比赛途中，倚在门柱边思考数学题。赛后还被别人发现，那个门柱被写满了各种公式，以至于教练一气之下，把玻尔列到后补去了！
后来，两兄弟不再玩足球了，弟弟哈那德·玻尔摇身一变，成为了剑桥大学的数学教授，还建立起周期函数研究的主要基础。
而哥哥尼尔斯·玻尔则开创了哥本哈根学派，后来还成为科学史上，与爱因斯坦一时瑜亮的超级巨星。
哥本哈根学派创始人
1913年，玻尔开始研究原子辐射问题，写出了具有划时代意义的长篇论文——《论原子和分子的结构》，提出了量子不连续性，成功地解释了氢原子和类氢原子的结构和性质，构建了原子结构的玻尔模型。
这也是首次将量子概念应用于原子、分子结构中得到的成果，玻尔不仅因此获得了1922年的诺贝尔物理学奖，还从普朗克手里接了棒，正式成为了新一代量子力学的掌门人。
虽说玻尔一战成名，但在自己国家，远远不及“著名足球运动员”这个头衔出名，毕竟当时丹麦报纸普遍采用的标题是：《著名足球运动员尼尔斯·玻尔被授予诺贝尔奖》。
1920年9月，玻尔一心筹建的哥本哈根理论物理研究所（即玻尔研究所）终于建成。
▲ 哥本哈根理论物理研究所
令人意想不到的是，这个研究所刚建成不久，便吸引了无数热爱物理的年轻人以及世界知名物理学家。
海森堡、克拉迈尔斯、狄拉克、泡利、赫韦希、哈尔特列、朗道、派耶尔斯、周培源等无数位杰出物理学家都曾来到这里进行学术研究。
▲ 朗道、泡利和周培源
所以，常常会有人问玻尔，为什么能够聚集那么多有才能的年轻人？一向不拘小节的玻尔如此回答：“没有什么秘诀，只有一点是清楚的，我不怕在年轻人面前承认自己的无知。”
无论是评论一篇最近发表的文章，还是向大家介绍个人所做的工作，研究人员都可以随心所欲地发表个人见解。
正如玻尔所说：“不仅要依靠少数科学家的能力与才华，而且要不断吸收相当数量的年青人，让他们熟悉科学研究的结果与方法。只有这样，才能在最大程度上不断地提出新问题。通过青年人他们自己的贡献，新的血液和新的3思想就不断地涌入科研工作。”
在这样平等、自由、团结的学术研究氛围下，很多物理学最深奥的问题都得以解决，就这样慢慢形成了“哥本哈根学派”。
哥本哈根大学也因此成为了世界主要科研中心，坐拥物理界顶尖人才资源，不仅有顶尖教授手把手教你，甚至还能获得该教授的推荐信，十分适合有出国意向以及升学的高中以上学生。
玻爱之争
说到这，就不得不提到物理界的另一位男神——爱因斯坦，两人相爱相杀，在物理界“撕了大半辈子的逼”。1920年，玻尔与爱因斯坦相识于德国柏林，初次见面，其乐融融。
不过，至此之后，他们两个便围绕关于量子力学理论基础的解释问题开始了终身论战，只要一见面，就会唇枪舌剑，辩论不已。
而“玻爱之争”最负盛名的三个回合，分别是在1927 年、1930 年以及1935年的索尔维会议上。
第一回合
我们先来看看1927年的第五届索尔维会议合影，可谓是前无古人后无来者的物理盛会。
爱因斯坦举着相对论大旗，头顶光电效应的光环，玻尔高举着他的“氢原子模型”，玻恩口口声声念叨着“概率”，德布罗意骑着他的“波”，康普顿西装上印着“效应”二字，狄拉克夹着一个“算符”，薛定谔挎着他的“方程”，身后还藏了一只不死不活的“猫”。
布拉格手提“晶体结构”模型，海森堡和他的同窗好友泡利形影不离，两人分别握着“不确定原理”和“不相容原理”，埃伦费斯特也紧握他的“浸渐原理”大招牌，还有居里夫人“镭和钋”、洛伦兹的“变换”、普朗克的“常数”、朗之万的“原子论”、威耳逊的“云雾室”等等。
▲ 迄今为止物理界最豪华阵容
这次会议分成两派，一派是以爱因斯坦为首的理论物理学家（薛定谔、德布罗意等），一派是玻尔掌门的哥本哈根学派（海森堡、泡利等），两边人数、实力旗鼓相当。在本次的索尔维会议上，玻尔首先进攻，基于海森堡提出的不确定原理作出了大胆的推论：粒子运动的轨迹是不确定的。
▲ 海森堡的不确定原理
爱因斯坦却完全否定海森堡的不确定原理，认为一个完备的物理理论应该具有确定性、实在性和局域性。
但玻尔也不含糊，立马反驳，“关键一点在于我们无法分清所看到的到底是原子本身的行为，还是原子与测量仪器之间的作用，在观察存在的伟大舞台上，我们既是观众，又是演员”。
波尔此番推论就像一个重磅炸弹，完全颠覆了传统物理关于“实在”的认识，立即在物理界引起了轩然大波。
对此，爱因斯坦举了个一针见血的例子（一个α 射线粒子的例子)：“很抱歉，我没有深入研究过量子力学，不过，我还是愿意谈谈一般性的看法。”
不过，波尔很快就证明了爱因斯坦所举的例子与他的推论并不矛盾。
最终，在1927年的索尔维会议上，以玻尔为首的哥本哈根派大获全胜。
但是，在正式会议结束之后几天的讨论中，火药味就浓多了。根据海森堡的回忆，那段时间，爱因斯坦总会在早餐桌上，向玻尔抛出一个又一个的思想实验，但玻尔每次都能够轻松化解！
第二回合
3年后，即在1930年的第六届索尔维会议上，早有准备的爱因斯坦在会上提出了著名的思想实验——光子盒。在这个实验里，时间和能量可以做到同时准确测量，因此，不确定原理是不成立的。
▲ 爱因斯坦的光子盒
走出会场后的玻尔一直在喃喃自语：“如果爱因斯坦是对的，那么物理学就完了！”，第二天就基于爱因斯坦自己的相对论，证明了这一个思想实验是有缺陷的。
▲ 广义相对论
尽管爱因斯坦有被玻尔震惊到，但还是“嘴硬”地说了句：“量子论也许是自洽的，但却至少是不完备的！”。
虽然玻尔用爱因斯坦的广义相对论回击了光子盒实验，但心里也是不踏实的，因为他自知这是自己投机取巧所得到的推论，其中还有很多严格的概念需要澄清。因此玻尔一直耿耿于怀，直到1962年去世，人们发现玻尔实验室的黑板上还留着爱因斯坦光子盒的图。
最终，第二回合的论战，他们两个谁都没有说服对方，这局就算平局了！
第三回合
“玻爱之争”的第三个回合，就到了1935年，这场论战达到了它的顶峰。
这次，爱因斯坦不再单打独斗，联手波多尔斯基、罗森，抛出了一份题为《量子力学对物理实在的描述是完备的吗？》的论文，其中设计了一个粒子衰变为两个粒子的判决实验，对玻尔为首的哥本哈根派进行反击。
这一反击就是物理学史上著名的“Einstein－Podolsky－Rosen疑难”，这个悖论涉及到微观世界的物理实在问题。
玻尔也不是吃素的，面对爱因斯坦等人的反击，以测量仪器与客体实在的不可分性为理由，否定了EPR论证的前提———物理实在的认识论判据，从而否定了EPR实验的悖论性质。
可惜的是，玻尔的异议及其论证有点模糊，所以爱因斯坦等人并不承认玻尔的理论。爱因斯坦认为，尽管哥本哈根学派的解释与经验事实一致，但作为一种完备的理论，应该是决定论的，而不应该是或然的、用概率语言表达的理论。
最终，第三回合的论战，也以平局告终！
而对于这场发生在20世纪最伟大的两位物理学家身上的争论，众多物理学家都给予了高度的评价。美国物理学家约翰·惠勒（John Archibald Wheeler）就曾这样说过：“没有矛盾和佯谬，就不可能有科学的进步。约丽斑驳的思想火花往往闪现在两个同时并存的矛盾的碰撞切磋之中。”
▲ 约翰·惠勒
这两位20世纪最伟大的科学家，就这样一生都未曾停止过相爱相杀，而当事人玻尔认为这场争论是自己“许多新思想产生的源泉”，爱因斯坦也对玻尔给予了极高的评价：“他将大胆和谨慎两种品种难得地融合，无疑是我们科学领域最伟大的发现者之一”。
编辑：沈湫莎 陈曦（实习生）
责任编辑：樊丽萍
来源：超级数学建模、网易新闻