“上帝不掷骰子!”爱因斯坦为何如此执着的反对量子力学?

物理学作为和人类生活息息相关的学科,一直以来其发展变化备受关注。

伽利略和牛顿时期的经典物理学为后来第一次和第二次工业革命奠定了理论基础,在提升人类生活水平的同时也解决包括天体运行在内的一系列问题,时至今日在航空航天领域依然要频繁用到牛顿的经典物理。

19世纪出于冶金和照明设备制造的需要,人类迫切要获得黑体辐射强度和频率的关系,于是在1905年诞生了瑞利-金斯公式,然而这个经典统计力学公式却与实验数据相违背,于是就有了“经典物理学晴空上的乌云”之紫外灾难。

但其实早在1900年德国物理学家普朗克兼量子力学创始人就从量子化角度提出了“普朗克黑体辐射”定律,后来爱因斯坦在1905年有感于量子理论提出了“光量子”的概念,认为光是具有波粒二象性的,事实证明光量子的概念成功解决了过去几百年的“光波”和“光粒子”之争,也让爱因斯坦成为了“旧量子论”先驱。

之所以说他是旧量子理论是因为爱因斯坦并没有将量子论完全发掘出来,这导致了后来量子论乃至于量子力学的话语权都转移到了以玻尔为首的哥本哈根学派那里。

在玻尔等人的新量子理论中,核外电子是以概率云的形态随机出现在原子核周围的,而且不确定性原理表明我们永远无法获得核外电子的精确位置和动量,只能用概率来描述电子下一时刻可能会出现在哪个位置。

爱因斯坦作为一个物理学家是讨厌“概率”这个词的,因为“概率”只是数据搜集尚不完整前的一个托词而不是最终结果,所以在爱因斯坦内心深处是非常讨厌“概率”“随机”这些东西的。

在1927年的第五次索维尔会议上,爱因斯坦不止一次的认为电子云模型是错误的,他仍然坚信只要获得了足够的数据就能精准预测电子的位置和动量,这也是为什么爱因斯坦在1926年写给玻尔的信中说“上帝不掷骰子”的原因。

抛硬币在目前看来虽然是一个随机事件,但假以时日如果我们掌握硬币的质量和体积以及其他诸如“空气阻力“空气密度”等一系列隐变量后,我们是可以在硬币抛出的一瞬间就确定它的正反面的,这种“获得足够数据加合适理论就能预测一切”的想法就是爱因斯坦的“执念”

所以玻尔为首的哥本哈根学派宣扬的以“不确定性”和“概率”为基础的新量子理论在爱因斯坦看来就是“一条邪路”

然而量子力学一个世纪以来在微观领域所向披靡,已经和相对论一起成了现代物理学两大支柱,所以爱因斯坦确实错了。我们的宇宙在微观领域也确实是充满不确定性的,不过前方肯定还有新的理论等着我们。

其实对人类来说量子理论的“不确定性”反而是一件好事,因为在过去的数个世纪里物理学家们都认为只要掌握某一时刻宇宙中所有原子的运动状态就能根据现有理论推演出宇宙中所有原子的过去和未来,而组成我们人类的所有原子也是宇宙原子总量的一部分,所以我们每个人的过去和未来也会被推演出来。

这种机械宇宙包含着的浓浓“宿命论”和“决定论”因此不被大多数人喜欢,量子理论的“不确定性”正好打破了它们,也让我们明白了未来仍然是充满变化和机遇的。