说起爱因斯坦那句“上帝不会掷骰子”,但凡对物理有点兴趣的人基本都听过。 但真要细问这句话到底是什么意思,很多人可能就想当然了:不就是爱因斯坦反对量子力学吗?年纪大了变保守,接受不了新理论? 还真不是。要是这么理解,可就太小看爱因斯坦了。 他非但没反对量子力学,甚至可以说量子力学的地基里,就有爱因斯坦自己搬的砖。他真正反对的,其实是量子力学里最主流的“哥本哈根诠释”,准确说,是反对“世界的本质是随机的”这件事。 先给大家掰扯明白,这里的“掷骰子”,到底指的是什么东西。 我们平时生活里总说“随机”,掷骰子、抛硬币、抽奖,好像结果都是不确定的。 但你仔细想想,这种随机真的是“本质上的随机”吗? 就拿抛硬币来说,你把硬币往上一扔,落地是正是反,看起来完全随机。 但理论上讲,只要你能精准知道硬币出手时的力度、角度、旋转速度,再算上空气的阻力、地面的硬度和摩擦力,甚至当时的风速气压,你完全可以提前算准硬币最后哪面朝上。 说白了,我们觉得它随机,只是因为我们掌握的信息不够,算不出来而已。这种“因为信息缺失导致的随机”,本质上是“伪随机”。结果早就定好了,只是我们不知道。 这种思路,就是从牛顿经典力学传下来的“决定论”。 当年法国数学家拉普拉斯说过一句很狂的话:只要给我所有粒子的位置和速度,我就能算出整个宇宙的过去和未来。 这就是大名鼎鼎的“拉普拉斯妖”,在它眼里,宇宙没有任何意外,一切都是从一开始就注定的,就像一台精密的钟表,上好了弦,就按部就班地走下去。 在好几百年里,这就是物理学界的共识。大家默认了,世界的底层规律是确定的,所谓随机,都是因为我们知道得太少。 直到量子力学横空出世,直接把这个共识砸了个窟窿。 砸窟窿的,就是以玻尔为首的哥本哈根学派。 他们说,不对,微观世界的随机,是真真正正的随机,和信息够不够没关系。 怎么个真随机法? 就拿电子的自旋来说吧,它有两种状态:向上或者向下。按照经典的思路,一个电子的自旋肯定是“要么向上,要么向下”,只是我们没测之前不知道而已,就像扣在碗里的骰子,点数早就定了,你掀开看看而已。 但哥本哈根学派说,不是这样。 在你测量之前,电子不是“已经是上或下,只是我们不知道”,而是“同时处于向上和向下的叠加态”。 它不是一个确定的结果,而是一团概率,是“50%向上+50%向下”的混合体。只有当你去测量它的那一刻,这团概率才会突然“坍缩”,随机变成其中一个确定的状态。 注意这个“随机”,是没有任何原因的随机。没有什么隐藏的机制,没有什么我们没发现的变量,就是纯凭概率。 你找遍整个宇宙,也找不到任何理由能解释为什么这次坍缩成向上,下次坍缩成向下。它就是这样,没有道理可讲。 这就很颠覆三观了。合着宇宙的最底层,居然是靠扔骰子来决定的? 爱因斯坦第一个站出来说:我不同意。 很多人以为爱因斯坦这是保守,是接受不了新事物。 其实恰恰相反,爱因斯坦是最敢打破旧框架的人,相对论都把牛顿的绝对时空观掀了,怎么会怕量子力学? 他接受不了的,是“本质随机”这件事。 在爱因斯坦看来,物理世界必须是“实在”的,是确定的。一个电子,不管你测不测它,它的状态都应该是确定的,就像月亮挂在天上,不管你看不看它,它都在那儿。怎么可能你一看它,它才变成一个确定的样子? 所以他说出了那句名言:“上帝不会掷骰子。” 这里得特意说清楚,爱因斯坦说的“上帝”,可不是宗教里那个人格化的、管着人类生死祸福的神。 他自己后来也明确说过,他信仰的是斯宾诺莎的上帝,也就是自然规律本身,是宇宙运行的内在秩序。 说白了,和我们平时感叹一句“老天爷啊”差不多,只是一种对自然法则的指代,和宗教信仰没关系。 把这句话翻译成人话就是:“宇宙的底层规律肯定是确定的,不可能靠随机碰运气。” 在爱因斯坦眼里,量子力学现在的概率性,只是因为我们还没搞懂里面的门道。就像我们看掷骰子觉得随机,是因为我们算不清受力一样,量子世界看起来随机,是因为还有某种“隐变量”没被我们发现。 等我们把这些隐藏的规律找出来,一切就都清清楚楚了,还是决定论的那一套。 简单说:哥本哈根学派说“世界本质就是随机的”,爱因斯坦说“不是,是我们知道得还不够多”。这才是两人争论的核心。 嘴上说没用,物理还是要靠论证说话。 这场争论最精彩的对决,就发生在两届索尔维物理会议上,堪称物理学界的“华山论剑”。 第一次是1927年的第五届索尔维会议。 那时候量子力学刚起势,玻尔带着哥本哈根学派的一帮年轻人,海森堡、泡利、狄拉克,个个都是日后的大牛。爱因斯坦这边基本是单打独斗,薛定谔虽然偏向爱因斯坦,但也没怎么正面刚。 会上爱因斯坦直接出招,提出了一个单缝思想实验。 他说,假设一个粒子通过挡板上的一条狭缝,我们可以通过测量挡板受到的冲量,算出粒子的动量;而狭缝的宽度是已知的,粒子的位置误差就是狭缝宽度。 这样一来,位置和动量不
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