'愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?'

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愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?

作者丨李春生(書房記特約專欄作者)

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愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?

作者丨李春生(書房記特約專欄作者)

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

自從提出廣義相對論後,愛因斯坦的工作好像就剩一件事兒,那就是和另一個量子力學的重量級人物,著名的哥本哈根學派的領頭人玻爾死磕。兩人論戰了一輩子,直到兩人去世也沒有分出誰勝誰負,其過程不可謂不慘烈,對兩人來說都是一場人生悲劇。

早在1926年,愛因斯坦在寫給玻恩的信裡寫道:量子力學令人印象深刻,但是一種內在的聲音告訴我,它並不是真實的,這個理論產生了很多好的結果,可他並沒有使我們更接近老頭子的奧祕,我毫無保留的相信,老頭子是不擲骰子的。老頭子是他對上帝的暱稱。

1927年,在比利時布魯塞爾召開的第五屆索爾維會議上,愛因斯坦提出了一個模型:一個電子通過一個小孔得到一幅衍射圖像,第一種說法是這裡沒有一個粒子,而只有在“一團電子雲”,它是一個空間的實在。這是薛定諤-德布羅意對電子波的描述(事實上兩人認為電子波是一種環狀駐波);第二種說法是的確有一個電子,波函數是機率分佈,電子本身不擴散到空中,而只是一種概率波。愛因斯坦認為,第二種說法比第一種說法完備。但是,他反對第二種說法,因為這種隨機性表明,同一個過程會產生許多不同的結果,而這樣,屏幕上的許多區域就要同時對電子的觀測做出反應,這似乎暗示了一種超距作用(action at distance,相隔一定距離的兩個物體之間存在著直接、瞬時的相互作用,不需要任何媒質傳遞,也不需要任何傳遞時間),從而違背了相對論。

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愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?

作者丨李春生(書房記特約專欄作者)

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

自從提出廣義相對論後,愛因斯坦的工作好像就剩一件事兒,那就是和另一個量子力學的重量級人物,著名的哥本哈根學派的領頭人玻爾死磕。兩人論戰了一輩子,直到兩人去世也沒有分出誰勝誰負,其過程不可謂不慘烈,對兩人來說都是一場人生悲劇。

早在1926年,愛因斯坦在寫給玻恩的信裡寫道:量子力學令人印象深刻,但是一種內在的聲音告訴我,它並不是真實的,這個理論產生了很多好的結果,可他並沒有使我們更接近老頭子的奧祕,我毫無保留的相信,老頭子是不擲骰子的。老頭子是他對上帝的暱稱。

1927年,在比利時布魯塞爾召開的第五屆索爾維會議上,愛因斯坦提出了一個模型:一個電子通過一個小孔得到一幅衍射圖像,第一種說法是這裡沒有一個粒子,而只有在“一團電子雲”,它是一個空間的實在。這是薛定諤-德布羅意對電子波的描述(事實上兩人認為電子波是一種環狀駐波);第二種說法是的確有一個電子,波函數是機率分佈,電子本身不擴散到空中,而只是一種概率波。愛因斯坦認為,第二種說法比第一種說法完備。但是,他反對第二種說法,因為這種隨機性表明,同一個過程會產生許多不同的結果,而這樣,屏幕上的許多區域就要同時對電子的觀測做出反應,這似乎暗示了一種超距作用(action at distance,相隔一定距離的兩個物體之間存在著直接、瞬時的相互作用,不需要任何媒質傳遞,也不需要任何傳遞時間),從而違背了相對論。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

這種質疑是尖銳的和持續不斷的。1930年,愛因斯坦提出了“光箱思想實驗”。老愛認為,可以精確地知道光子的能量,以及光子通過小孔的精確時間,因此不確定原理不成立。

玻爾的回答是實驗所需的條件(重量、彈簧等)總使得不可能同時排除能量和時間上的不確定性。他認為應該對虛構的實驗作完整的、詳細的描述,沒有什麼東西是可以憑空想出來的。固定平衡框架的螺栓,用來測量質量所必須允許匣子移動的彈簧,必須添上去的小的重量等等。玻爾的核心思想是不能用不確定性的實驗裝置來證偽不確定性原理。

1935年。愛因斯坦、B.波多爾斯基和N.羅森為論證量子力學的不完備性而提出了EPR悖論,又稱 EPR論證。假設有兩個粒子,它們之間存在相互作用,它們分離後沒有和其他任何東西相互作用,直到實驗工作者決定去研究其中的某一個。每一個粒子都具有自己確定的動量,每一個都位於空間的某個位置。即使是在量子理論的規則之內,在它們相互靠近的時候,我們也可以精確地測量兩個粒子的總動量和它們之間的距離。一段較長的時間後,當我們決定去測量一個粒子的動量時,自然會知道另一個粒子的動量應該是多少,因為其總量應該保持不變。測量了它的動量以後,我們現在可以精確地測量同一個粒子的精確位置。這個測量會影響這個粒子的動量,但是不會影響位於遠處的另一個粒子的動量。如果知道它的動量和粒子的原始間隔,那麼通過測量位置,我們就能夠推算出另一個粒子目前的位置,所以我們可以同時瞭解兩個粒子的位置和動量,從而證偽測不準原理。如果對一個粒子進行測量的結果影響了它在別處的夥伴粒子,它們之間似乎存在著穿越時空的瞬時“信息”,或稱其為“超距作用”,這違背了因果律。

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愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?

作者丨李春生(書房記特約專欄作者)

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

自從提出廣義相對論後,愛因斯坦的工作好像就剩一件事兒,那就是和另一個量子力學的重量級人物,著名的哥本哈根學派的領頭人玻爾死磕。兩人論戰了一輩子,直到兩人去世也沒有分出誰勝誰負,其過程不可謂不慘烈,對兩人來說都是一場人生悲劇。

早在1926年,愛因斯坦在寫給玻恩的信裡寫道:量子力學令人印象深刻,但是一種內在的聲音告訴我,它並不是真實的,這個理論產生了很多好的結果,可他並沒有使我們更接近老頭子的奧祕,我毫無保留的相信,老頭子是不擲骰子的。老頭子是他對上帝的暱稱。

1927年,在比利時布魯塞爾召開的第五屆索爾維會議上,愛因斯坦提出了一個模型:一個電子通過一個小孔得到一幅衍射圖像,第一種說法是這裡沒有一個粒子,而只有在“一團電子雲”,它是一個空間的實在。這是薛定諤-德布羅意對電子波的描述(事實上兩人認為電子波是一種環狀駐波);第二種說法是的確有一個電子,波函數是機率分佈,電子本身不擴散到空中,而只是一種概率波。愛因斯坦認為,第二種說法比第一種說法完備。但是,他反對第二種說法,因為這種隨機性表明,同一個過程會產生許多不同的結果,而這樣,屏幕上的許多區域就要同時對電子的觀測做出反應,這似乎暗示了一種超距作用(action at distance,相隔一定距離的兩個物體之間存在著直接、瞬時的相互作用,不需要任何媒質傳遞,也不需要任何傳遞時間),從而違背了相對論。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

這種質疑是尖銳的和持續不斷的。1930年,愛因斯坦提出了“光箱思想實驗”。老愛認為,可以精確地知道光子的能量,以及光子通過小孔的精確時間,因此不確定原理不成立。

玻爾的回答是實驗所需的條件(重量、彈簧等)總使得不可能同時排除能量和時間上的不確定性。他認為應該對虛構的實驗作完整的、詳細的描述,沒有什麼東西是可以憑空想出來的。固定平衡框架的螺栓,用來測量質量所必須允許匣子移動的彈簧,必須添上去的小的重量等等。玻爾的核心思想是不能用不確定性的實驗裝置來證偽不確定性原理。

1935年。愛因斯坦、B.波多爾斯基和N.羅森為論證量子力學的不完備性而提出了EPR悖論,又稱 EPR論證。假設有兩個粒子,它們之間存在相互作用,它們分離後沒有和其他任何東西相互作用,直到實驗工作者決定去研究其中的某一個。每一個粒子都具有自己確定的動量,每一個都位於空間的某個位置。即使是在量子理論的規則之內,在它們相互靠近的時候,我們也可以精確地測量兩個粒子的總動量和它們之間的距離。一段較長的時間後,當我們決定去測量一個粒子的動量時,自然會知道另一個粒子的動量應該是多少,因為其總量應該保持不變。測量了它的動量以後,我們現在可以精確地測量同一個粒子的精確位置。這個測量會影響這個粒子的動量,但是不會影響位於遠處的另一個粒子的動量。如果知道它的動量和粒子的原始間隔,那麼通過測量位置,我們就能夠推算出另一個粒子目前的位置,所以我們可以同時瞭解兩個粒子的位置和動量,從而證偽測不準原理。如果對一個粒子進行測量的結果影響了它在別處的夥伴粒子,它們之間似乎存在著穿越時空的瞬時“信息”,或稱其為“超距作用”,這違背了因果律。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

對於EPR悖論,玻爾的回答是根本不存在量子世界,只存在一種抽象的量子描述。認為物理學的任務是要找出大自然如何運作的,這是錯誤的。物理學關注的是關於自然我們可以說的那些東西。[布魯斯·羅森布魯姆,弗雷德·庫特納,《量子之謎》,第154頁]。玻爾認為,所謂“實在”只適合觀測手段連起來講才有意義,在觀測之前並沒有兩個粒子,而只有一個粒子,A和B在觀測它們之後才有所謂的自旋,才有了物理意義。玻爾對EPR實在性判據中關於“不對體系進行任何干擾”的說法提出了異議。玻爾認為測量程序對於問題中的物理量賴以確定的條件有著根本的影響,必須把這些條件看成是可以明確應用'物理實在這個詞的任何現象中的一個固有要素,既然實驗條件已經改變,那麼,EPR論證的結論就顯得不正確了。玻爾以測量儀器與客體實在的不可分性為理由,否定了EPR論證的前提——物理實在的認識論判據,從而否定了EPR實驗的悖論性質。

玻爾的這些回答當然不能讓愛因斯坦信服,但是,愛因斯坦竟然也拿不出更有力的實驗和證據來反駁(沒有實驗為基礎的辯論不可能分出勝負),但是,他又不能放棄,因此,他倆只能在虛構的思想實驗的細節上糾纏。不過,遇上了這樣難纏的對手,玻爾著實很悲哀。麻煩的是,EPR悖論將持續發酵,玻姆的隱變量理論、貝爾的貝爾不等式和阿斯派克特實驗都是這個爭論的延續。玻爾後半生都在絞盡腦汁地思考如何來化解愛因斯坦一浪高過一浪的質疑。玻爾實在想不通,他和愛因斯坦信奉的都是粒子說,建立在真空基礎上的粒子說無法解釋超距作用問題,粒子之間的相互作用難道要用波動說的同頻率干涉來解釋嗎?那樣不就證明粒子說的思路是錯誤的嗎?愛因斯坦是不是瘋了?據說玻爾去世前三天還對著黑板上愛因斯坦發來的問題自言自語。他一定是在哀嘆:本是同根生!相煎何太急!相煎何太急啊!

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愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?

作者丨李春生(書房記特約專欄作者)

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

自從提出廣義相對論後,愛因斯坦的工作好像就剩一件事兒,那就是和另一個量子力學的重量級人物,著名的哥本哈根學派的領頭人玻爾死磕。兩人論戰了一輩子,直到兩人去世也沒有分出誰勝誰負,其過程不可謂不慘烈,對兩人來說都是一場人生悲劇。

早在1926年,愛因斯坦在寫給玻恩的信裡寫道:量子力學令人印象深刻,但是一種內在的聲音告訴我,它並不是真實的,這個理論產生了很多好的結果,可他並沒有使我們更接近老頭子的奧祕,我毫無保留的相信,老頭子是不擲骰子的。老頭子是他對上帝的暱稱。

1927年,在比利時布魯塞爾召開的第五屆索爾維會議上,愛因斯坦提出了一個模型:一個電子通過一個小孔得到一幅衍射圖像,第一種說法是這裡沒有一個粒子,而只有在“一團電子雲”,它是一個空間的實在。這是薛定諤-德布羅意對電子波的描述(事實上兩人認為電子波是一種環狀駐波);第二種說法是的確有一個電子,波函數是機率分佈,電子本身不擴散到空中,而只是一種概率波。愛因斯坦認為,第二種說法比第一種說法完備。但是,他反對第二種說法,因為這種隨機性表明,同一個過程會產生許多不同的結果,而這樣,屏幕上的許多區域就要同時對電子的觀測做出反應,這似乎暗示了一種超距作用(action at distance,相隔一定距離的兩個物體之間存在著直接、瞬時的相互作用,不需要任何媒質傳遞,也不需要任何傳遞時間),從而違背了相對論。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

這種質疑是尖銳的和持續不斷的。1930年,愛因斯坦提出了“光箱思想實驗”。老愛認為,可以精確地知道光子的能量,以及光子通過小孔的精確時間,因此不確定原理不成立。

玻爾的回答是實驗所需的條件(重量、彈簧等)總使得不可能同時排除能量和時間上的不確定性。他認為應該對虛構的實驗作完整的、詳細的描述,沒有什麼東西是可以憑空想出來的。固定平衡框架的螺栓,用來測量質量所必須允許匣子移動的彈簧,必須添上去的小的重量等等。玻爾的核心思想是不能用不確定性的實驗裝置來證偽不確定性原理。

1935年。愛因斯坦、B.波多爾斯基和N.羅森為論證量子力學的不完備性而提出了EPR悖論,又稱 EPR論證。假設有兩個粒子,它們之間存在相互作用,它們分離後沒有和其他任何東西相互作用,直到實驗工作者決定去研究其中的某一個。每一個粒子都具有自己確定的動量,每一個都位於空間的某個位置。即使是在量子理論的規則之內,在它們相互靠近的時候,我們也可以精確地測量兩個粒子的總動量和它們之間的距離。一段較長的時間後,當我們決定去測量一個粒子的動量時,自然會知道另一個粒子的動量應該是多少,因為其總量應該保持不變。測量了它的動量以後,我們現在可以精確地測量同一個粒子的精確位置。這個測量會影響這個粒子的動量,但是不會影響位於遠處的另一個粒子的動量。如果知道它的動量和粒子的原始間隔,那麼通過測量位置,我們就能夠推算出另一個粒子目前的位置,所以我們可以同時瞭解兩個粒子的位置和動量,從而證偽測不準原理。如果對一個粒子進行測量的結果影響了它在別處的夥伴粒子,它們之間似乎存在著穿越時空的瞬時“信息”,或稱其為“超距作用”,這違背了因果律。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

對於EPR悖論,玻爾的回答是根本不存在量子世界,只存在一種抽象的量子描述。認為物理學的任務是要找出大自然如何運作的,這是錯誤的。物理學關注的是關於自然我們可以說的那些東西。[布魯斯·羅森布魯姆,弗雷德·庫特納,《量子之謎》,第154頁]。玻爾認為,所謂“實在”只適合觀測手段連起來講才有意義,在觀測之前並沒有兩個粒子,而只有一個粒子,A和B在觀測它們之後才有所謂的自旋,才有了物理意義。玻爾對EPR實在性判據中關於“不對體系進行任何干擾”的說法提出了異議。玻爾認為測量程序對於問題中的物理量賴以確定的條件有著根本的影響,必須把這些條件看成是可以明確應用'物理實在這個詞的任何現象中的一個固有要素,既然實驗條件已經改變,那麼,EPR論證的結論就顯得不正確了。玻爾以測量儀器與客體實在的不可分性為理由,否定了EPR論證的前提——物理實在的認識論判據,從而否定了EPR實驗的悖論性質。

玻爾的這些回答當然不能讓愛因斯坦信服,但是,愛因斯坦竟然也拿不出更有力的實驗和證據來反駁(沒有實驗為基礎的辯論不可能分出勝負),但是,他又不能放棄,因此,他倆只能在虛構的思想實驗的細節上糾纏。不過,遇上了這樣難纏的對手,玻爾著實很悲哀。麻煩的是,EPR悖論將持續發酵,玻姆的隱變量理論、貝爾的貝爾不等式和阿斯派克特實驗都是這個爭論的延續。玻爾後半生都在絞盡腦汁地思考如何來化解愛因斯坦一浪高過一浪的質疑。玻爾實在想不通,他和愛因斯坦信奉的都是粒子說,建立在真空基礎上的粒子說無法解釋超距作用問題,粒子之間的相互作用難道要用波動說的同頻率干涉來解釋嗎?那樣不就證明粒子說的思路是錯誤的嗎?愛因斯坦是不是瘋了?據說玻爾去世前三天還對著黑板上愛因斯坦發來的問題自言自語。他一定是在哀嘆:本是同根生!相煎何太急!相煎何太急啊!

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

為什麼愛因斯坦要和玻爾過不去,並死磕了一輩子呢?我們知道,愛因斯坦不僅是相對論的創建者,他也是量子力學的創建者之一。事情是不是很蹊蹺?老愛到底在質疑什麼呢?

需要注意的是,愛因斯坦和玻爾爭論的焦點圍繞著不確定原理和超距作用問題。哥本哈根詮釋的本質是“隨機性”,這就是不確定原理,經典物理學中嚴格的因果關係被量子力學的統計性解釋所取代。波恩詮釋的波函數ψ只是一種統計,平方只代表了粒子在某處出現的概率。電子在某處的位置只是一個隨機的過程,完全沒有嚴密的因果關係,這違反了因果律。無論從哪個角度看,哥本哈根詮釋都是驚世駭俗的,其中的概率解釋和不確定原理挑戰的是兩千年來科學所確立的因果決定論,也動搖了科學的客觀性。

我們知道,經典物理學的時空是一種絕對時空,由三維空間加一維時間,稱之為“三一時空”。重要的是經典物理學的三一時空是客觀存在的,“我”與空間和時間是相互獨立的,這個三一時空是一個絕對客觀的外部世界。

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作者丨李春生(書房記特約專欄作者)

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

自從提出廣義相對論後,愛因斯坦的工作好像就剩一件事兒,那就是和另一個量子力學的重量級人物,著名的哥本哈根學派的領頭人玻爾死磕。兩人論戰了一輩子,直到兩人去世也沒有分出誰勝誰負,其過程不可謂不慘烈,對兩人來說都是一場人生悲劇。

早在1926年,愛因斯坦在寫給玻恩的信裡寫道:量子力學令人印象深刻,但是一種內在的聲音告訴我,它並不是真實的,這個理論產生了很多好的結果,可他並沒有使我們更接近老頭子的奧祕,我毫無保留的相信,老頭子是不擲骰子的。老頭子是他對上帝的暱稱。

1927年,在比利時布魯塞爾召開的第五屆索爾維會議上,愛因斯坦提出了一個模型:一個電子通過一個小孔得到一幅衍射圖像,第一種說法是這裡沒有一個粒子,而只有在“一團電子雲”,它是一個空間的實在。這是薛定諤-德布羅意對電子波的描述(事實上兩人認為電子波是一種環狀駐波);第二種說法是的確有一個電子,波函數是機率分佈,電子本身不擴散到空中,而只是一種概率波。愛因斯坦認為,第二種說法比第一種說法完備。但是,他反對第二種說法,因為這種隨機性表明,同一個過程會產生許多不同的結果,而這樣,屏幕上的許多區域就要同時對電子的觀測做出反應,這似乎暗示了一種超距作用(action at distance,相隔一定距離的兩個物體之間存在著直接、瞬時的相互作用,不需要任何媒質傳遞,也不需要任何傳遞時間),從而違背了相對論。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

這種質疑是尖銳的和持續不斷的。1930年,愛因斯坦提出了“光箱思想實驗”。老愛認為,可以精確地知道光子的能量,以及光子通過小孔的精確時間,因此不確定原理不成立。

玻爾的回答是實驗所需的條件(重量、彈簧等)總使得不可能同時排除能量和時間上的不確定性。他認為應該對虛構的實驗作完整的、詳細的描述,沒有什麼東西是可以憑空想出來的。固定平衡框架的螺栓,用來測量質量所必須允許匣子移動的彈簧,必須添上去的小的重量等等。玻爾的核心思想是不能用不確定性的實驗裝置來證偽不確定性原理。

1935年。愛因斯坦、B.波多爾斯基和N.羅森為論證量子力學的不完備性而提出了EPR悖論,又稱 EPR論證。假設有兩個粒子,它們之間存在相互作用,它們分離後沒有和其他任何東西相互作用,直到實驗工作者決定去研究其中的某一個。每一個粒子都具有自己確定的動量,每一個都位於空間的某個位置。即使是在量子理論的規則之內,在它們相互靠近的時候,我們也可以精確地測量兩個粒子的總動量和它們之間的距離。一段較長的時間後,當我們決定去測量一個粒子的動量時,自然會知道另一個粒子的動量應該是多少,因為其總量應該保持不變。測量了它的動量以後,我們現在可以精確地測量同一個粒子的精確位置。這個測量會影響這個粒子的動量,但是不會影響位於遠處的另一個粒子的動量。如果知道它的動量和粒子的原始間隔,那麼通過測量位置,我們就能夠推算出另一個粒子目前的位置,所以我們可以同時瞭解兩個粒子的位置和動量,從而證偽測不準原理。如果對一個粒子進行測量的結果影響了它在別處的夥伴粒子,它們之間似乎存在著穿越時空的瞬時“信息”,或稱其為“超距作用”,這違背了因果律。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

對於EPR悖論,玻爾的回答是根本不存在量子世界,只存在一種抽象的量子描述。認為物理學的任務是要找出大自然如何運作的,這是錯誤的。物理學關注的是關於自然我們可以說的那些東西。[布魯斯·羅森布魯姆,弗雷德·庫特納,《量子之謎》,第154頁]。玻爾認為,所謂“實在”只適合觀測手段連起來講才有意義,在觀測之前並沒有兩個粒子,而只有一個粒子,A和B在觀測它們之後才有所謂的自旋,才有了物理意義。玻爾對EPR實在性判據中關於“不對體系進行任何干擾”的說法提出了異議。玻爾認為測量程序對於問題中的物理量賴以確定的條件有著根本的影響,必須把這些條件看成是可以明確應用'物理實在這個詞的任何現象中的一個固有要素,既然實驗條件已經改變,那麼,EPR論證的結論就顯得不正確了。玻爾以測量儀器與客體實在的不可分性為理由,否定了EPR論證的前提——物理實在的認識論判據,從而否定了EPR實驗的悖論性質。

玻爾的這些回答當然不能讓愛因斯坦信服,但是,愛因斯坦竟然也拿不出更有力的實驗和證據來反駁(沒有實驗為基礎的辯論不可能分出勝負),但是,他又不能放棄,因此,他倆只能在虛構的思想實驗的細節上糾纏。不過,遇上了這樣難纏的對手,玻爾著實很悲哀。麻煩的是,EPR悖論將持續發酵,玻姆的隱變量理論、貝爾的貝爾不等式和阿斯派克特實驗都是這個爭論的延續。玻爾後半生都在絞盡腦汁地思考如何來化解愛因斯坦一浪高過一浪的質疑。玻爾實在想不通,他和愛因斯坦信奉的都是粒子說,建立在真空基礎上的粒子說無法解釋超距作用問題,粒子之間的相互作用難道要用波動說的同頻率干涉來解釋嗎?那樣不就證明粒子說的思路是錯誤的嗎?愛因斯坦是不是瘋了?據說玻爾去世前三天還對著黑板上愛因斯坦發來的問題自言自語。他一定是在哀嘆:本是同根生!相煎何太急!相煎何太急啊!

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

為什麼愛因斯坦要和玻爾過不去,並死磕了一輩子呢?我們知道,愛因斯坦不僅是相對論的創建者,他也是量子力學的創建者之一。事情是不是很蹊蹺?老愛到底在質疑什麼呢?

需要注意的是,愛因斯坦和玻爾爭論的焦點圍繞著不確定原理和超距作用問題。哥本哈根詮釋的本質是“隨機性”,這就是不確定原理,經典物理學中嚴格的因果關係被量子力學的統計性解釋所取代。波恩詮釋的波函數ψ只是一種統計,平方只代表了粒子在某處出現的概率。電子在某處的位置只是一個隨機的過程,完全沒有嚴密的因果關係,這違反了因果律。無論從哪個角度看,哥本哈根詮釋都是驚世駭俗的,其中的概率解釋和不確定原理挑戰的是兩千年來科學所確立的因果決定論,也動搖了科學的客觀性。

我們知道,經典物理學的時空是一種絕對時空,由三維空間加一維時間,稱之為“三一時空”。重要的是經典物理學的三一時空是客觀存在的,“我”與空間和時間是相互獨立的,這個三一時空是一個絕對客觀的外部世界。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

愛因斯坦把空間和時間的關係硬性地捆綁在一起,把三維空間與一維時間合併成四維的時空結構。這個時空稱為相對時空,它以觀察者為核心,將過去和現在聯繫在一起,時間和空間纏繞在一起,稱為四維時空。在相對論中沒有外部世界和“我”的區分,“我”與客觀世界融為一體,“我”的變化帶來世界的變化。相對論和哥本哈根詮釋一樣把觀察者與客觀世界聯繫在了一起。根據狹義相對論,時間並不是永遠以人們感受到的這種速度進行的,它也會發生變化。它一般是和速度有關的,通過運動可以改變空間的形態。速度越快,越接近於光的極限速度,時間就會越慢。即運動的參照系會改變時間的快慢(動鍾變慢假說)——運動的參照系不遵守時間因果律;廣義相對論導出時間膨脹問題,空間膨脹則時間向前演進,空間塌縮則時間反向演進(倒退),這更是徹底違反了時間因果律。也就是說,第一個動搖經典物理學因果律和決定論根基的人正是愛因斯坦。

愛因斯坦和玻爾的理論都違反了因果律!都是客觀邏輯的背叛者。但是,事實的發展超出了人們的想象,愛因斯坦與經典學派的薛定諤和德布羅意為一方對抗哥本哈根學派,他們的共同點是他們三人捍衛的都是經典理論的因果律。除了這一個共同目標外,雙方在其他方面卻是對立的。薛定諤和德布羅意都是波動說的堅定支持者,而愛因斯坦卻是持粒子說觀點的,而他們反對的哥本哈根詮釋的波函數概率性正是粒子說觀點導致的。可以這樣說,從各方面看,愛因斯坦更適合站在薛定諤和德布羅意的對立面的。這是一場陣線並不分明的三方混戰。

愛因斯坦竟然站在了堅守因果律和決定論的經典物理的陣營對抗哥本哈根學派,一個打破時間因果律的人為什麼要去反對另一個打破因果律的理論呢?這實在是一件匪夷所思的事情,問題是,他要反對哥本哈根詮釋的哪一部分呢?

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愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?

作者丨李春生(書房記特約專欄作者)

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

自從提出廣義相對論後,愛因斯坦的工作好像就剩一件事兒,那就是和另一個量子力學的重量級人物,著名的哥本哈根學派的領頭人玻爾死磕。兩人論戰了一輩子,直到兩人去世也沒有分出誰勝誰負,其過程不可謂不慘烈,對兩人來說都是一場人生悲劇。

早在1926年,愛因斯坦在寫給玻恩的信裡寫道:量子力學令人印象深刻,但是一種內在的聲音告訴我,它並不是真實的,這個理論產生了很多好的結果,可他並沒有使我們更接近老頭子的奧祕,我毫無保留的相信,老頭子是不擲骰子的。老頭子是他對上帝的暱稱。

1927年,在比利時布魯塞爾召開的第五屆索爾維會議上,愛因斯坦提出了一個模型:一個電子通過一個小孔得到一幅衍射圖像,第一種說法是這裡沒有一個粒子,而只有在“一團電子雲”,它是一個空間的實在。這是薛定諤-德布羅意對電子波的描述(事實上兩人認為電子波是一種環狀駐波);第二種說法是的確有一個電子,波函數是機率分佈,電子本身不擴散到空中,而只是一種概率波。愛因斯坦認為,第二種說法比第一種說法完備。但是,他反對第二種說法,因為這種隨機性表明,同一個過程會產生許多不同的結果,而這樣,屏幕上的許多區域就要同時對電子的觀測做出反應,這似乎暗示了一種超距作用(action at distance,相隔一定距離的兩個物體之間存在著直接、瞬時的相互作用,不需要任何媒質傳遞,也不需要任何傳遞時間),從而違背了相對論。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

這種質疑是尖銳的和持續不斷的。1930年,愛因斯坦提出了“光箱思想實驗”。老愛認為,可以精確地知道光子的能量,以及光子通過小孔的精確時間,因此不確定原理不成立。

玻爾的回答是實驗所需的條件(重量、彈簧等)總使得不可能同時排除能量和時間上的不確定性。他認為應該對虛構的實驗作完整的、詳細的描述,沒有什麼東西是可以憑空想出來的。固定平衡框架的螺栓,用來測量質量所必須允許匣子移動的彈簧,必須添上去的小的重量等等。玻爾的核心思想是不能用不確定性的實驗裝置來證偽不確定性原理。

1935年。愛因斯坦、B.波多爾斯基和N.羅森為論證量子力學的不完備性而提出了EPR悖論,又稱 EPR論證。假設有兩個粒子,它們之間存在相互作用,它們分離後沒有和其他任何東西相互作用,直到實驗工作者決定去研究其中的某一個。每一個粒子都具有自己確定的動量,每一個都位於空間的某個位置。即使是在量子理論的規則之內,在它們相互靠近的時候,我們也可以精確地測量兩個粒子的總動量和它們之間的距離。一段較長的時間後,當我們決定去測量一個粒子的動量時,自然會知道另一個粒子的動量應該是多少,因為其總量應該保持不變。測量了它的動量以後,我們現在可以精確地測量同一個粒子的精確位置。這個測量會影響這個粒子的動量,但是不會影響位於遠處的另一個粒子的動量。如果知道它的動量和粒子的原始間隔,那麼通過測量位置,我們就能夠推算出另一個粒子目前的位置,所以我們可以同時瞭解兩個粒子的位置和動量,從而證偽測不準原理。如果對一個粒子進行測量的結果影響了它在別處的夥伴粒子,它們之間似乎存在著穿越時空的瞬時“信息”,或稱其為“超距作用”,這違背了因果律。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

對於EPR悖論,玻爾的回答是根本不存在量子世界,只存在一種抽象的量子描述。認為物理學的任務是要找出大自然如何運作的,這是錯誤的。物理學關注的是關於自然我們可以說的那些東西。[布魯斯·羅森布魯姆,弗雷德·庫特納,《量子之謎》,第154頁]。玻爾認為,所謂“實在”只適合觀測手段連起來講才有意義,在觀測之前並沒有兩個粒子,而只有一個粒子,A和B在觀測它們之後才有所謂的自旋,才有了物理意義。玻爾對EPR實在性判據中關於“不對體系進行任何干擾”的說法提出了異議。玻爾認為測量程序對於問題中的物理量賴以確定的條件有著根本的影響,必須把這些條件看成是可以明確應用'物理實在這個詞的任何現象中的一個固有要素,既然實驗條件已經改變,那麼,EPR論證的結論就顯得不正確了。玻爾以測量儀器與客體實在的不可分性為理由,否定了EPR論證的前提——物理實在的認識論判據,從而否定了EPR實驗的悖論性質。

玻爾的這些回答當然不能讓愛因斯坦信服,但是,愛因斯坦竟然也拿不出更有力的實驗和證據來反駁(沒有實驗為基礎的辯論不可能分出勝負),但是,他又不能放棄,因此,他倆只能在虛構的思想實驗的細節上糾纏。不過,遇上了這樣難纏的對手,玻爾著實很悲哀。麻煩的是,EPR悖論將持續發酵,玻姆的隱變量理論、貝爾的貝爾不等式和阿斯派克特實驗都是這個爭論的延續。玻爾後半生都在絞盡腦汁地思考如何來化解愛因斯坦一浪高過一浪的質疑。玻爾實在想不通,他和愛因斯坦信奉的都是粒子說,建立在真空基礎上的粒子說無法解釋超距作用問題,粒子之間的相互作用難道要用波動說的同頻率干涉來解釋嗎?那樣不就證明粒子說的思路是錯誤的嗎?愛因斯坦是不是瘋了?據說玻爾去世前三天還對著黑板上愛因斯坦發來的問題自言自語。他一定是在哀嘆:本是同根生!相煎何太急!相煎何太急啊!

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

為什麼愛因斯坦要和玻爾過不去,並死磕了一輩子呢?我們知道,愛因斯坦不僅是相對論的創建者,他也是量子力學的創建者之一。事情是不是很蹊蹺?老愛到底在質疑什麼呢?

需要注意的是,愛因斯坦和玻爾爭論的焦點圍繞著不確定原理和超距作用問題。哥本哈根詮釋的本質是“隨機性”,這就是不確定原理,經典物理學中嚴格的因果關係被量子力學的統計性解釋所取代。波恩詮釋的波函數ψ只是一種統計,平方只代表了粒子在某處出現的概率。電子在某處的位置只是一個隨機的過程,完全沒有嚴密的因果關係,這違反了因果律。無論從哪個角度看,哥本哈根詮釋都是驚世駭俗的,其中的概率解釋和不確定原理挑戰的是兩千年來科學所確立的因果決定論,也動搖了科學的客觀性。

我們知道,經典物理學的時空是一種絕對時空,由三維空間加一維時間,稱之為“三一時空”。重要的是經典物理學的三一時空是客觀存在的,“我”與空間和時間是相互獨立的,這個三一時空是一個絕對客觀的外部世界。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

愛因斯坦把空間和時間的關係硬性地捆綁在一起,把三維空間與一維時間合併成四維的時空結構。這個時空稱為相對時空,它以觀察者為核心,將過去和現在聯繫在一起,時間和空間纏繞在一起,稱為四維時空。在相對論中沒有外部世界和“我”的區分,“我”與客觀世界融為一體,“我”的變化帶來世界的變化。相對論和哥本哈根詮釋一樣把觀察者與客觀世界聯繫在了一起。根據狹義相對論,時間並不是永遠以人們感受到的這種速度進行的,它也會發生變化。它一般是和速度有關的,通過運動可以改變空間的形態。速度越快,越接近於光的極限速度,時間就會越慢。即運動的參照系會改變時間的快慢(動鍾變慢假說)——運動的參照系不遵守時間因果律;廣義相對論導出時間膨脹問題,空間膨脹則時間向前演進,空間塌縮則時間反向演進(倒退),這更是徹底違反了時間因果律。也就是說,第一個動搖經典物理學因果律和決定論根基的人正是愛因斯坦。

愛因斯坦和玻爾的理論都違反了因果律!都是客觀邏輯的背叛者。但是,事實的發展超出了人們的想象,愛因斯坦與經典學派的薛定諤和德布羅意為一方對抗哥本哈根學派,他們的共同點是他們三人捍衛的都是經典理論的因果律。除了這一個共同目標外,雙方在其他方面卻是對立的。薛定諤和德布羅意都是波動說的堅定支持者,而愛因斯坦卻是持粒子說觀點的,而他們反對的哥本哈根詮釋的波函數概率性正是粒子說觀點導致的。可以這樣說,從各方面看,愛因斯坦更適合站在薛定諤和德布羅意的對立面的。這是一場陣線並不分明的三方混戰。

愛因斯坦竟然站在了堅守因果律和決定論的經典物理的陣營對抗哥本哈根學派,一個打破時間因果律的人為什麼要去反對另一個打破因果律的理論呢?這實在是一件匪夷所思的事情,問題是,他要反對哥本哈根詮釋的哪一部分呢?

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

眾所周知,光量子的概念愛因斯坦自己提出的。根據量子力學,光子是沒有質量但有能量的粒子。問題是,玻爾的確是按照粒子說的思路進行推演的,也就是說,只要認為量子是粒子,任何人推導的結果都大同小異。在20年代60年代以前,玻爾為首的哥本哈根詮釋(解釋)已等同於量子力學。表面上質疑的是哥本哈根學派,實際上質疑的是整個粒子說的邏輯體系。以此來看,愛因斯坦針對的不是玻爾個人,而是整個哥本哈根學派,或者說,愛因斯坦質疑的是整個量子力學。

對於解決超距作用問題,並且為給引力波尋找一個振動的空間媒介,早在1920年,愛因斯坦就想讓以太復活而提出了“廣義相對論以太”,但是,隨著相對論和量子力學的成功,人們已經接受了真空的概念,所以,愛因斯坦也無力迴天,他的餘生只能在真空和以太之間搖擺。

我們知道,波動說認為量子(例如光)是以太的橫振動,空間由以太這種物質構成。粒子說認為量子是實實在在的粒子,空間必須是空無一物的真空。麻煩的是,如果光量子和電量子是慣性粒子,那麼任何非真空空間環境都會與光的恆定傳播速度相沖突,粒子說只能建立在真空的基礎上。問題是,如果空間是空無一物的真空,那麼,客觀世界中所有的相互作用力都會存在超距作用問題,空間真空的設定必然導致無法消除的奇異性,這是基於粒子說的物理理論無法擺脫的邏輯困境,這個矛盾無解!當愛因斯坦提出空間存在任何特性的空間介質都意味著真空的“死亡”,這意味著光量子不是一顆“實實在在”的粒子,按照這個非真空的邏輯繼續推演下去,以粒子說為基礎的“光電效應”解釋就是個錯誤,繼而會證明狹義、廣義相對性運動原理也是個錯誤……繼續推演下去後果不堪設想。

"

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?

作者丨李春生(書房記特約專欄作者)

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

自從提出廣義相對論後,愛因斯坦的工作好像就剩一件事兒,那就是和另一個量子力學的重量級人物,著名的哥本哈根學派的領頭人玻爾死磕。兩人論戰了一輩子,直到兩人去世也沒有分出誰勝誰負,其過程不可謂不慘烈,對兩人來說都是一場人生悲劇。

早在1926年,愛因斯坦在寫給玻恩的信裡寫道:量子力學令人印象深刻,但是一種內在的聲音告訴我,它並不是真實的,這個理論產生了很多好的結果,可他並沒有使我們更接近老頭子的奧祕,我毫無保留的相信,老頭子是不擲骰子的。老頭子是他對上帝的暱稱。

1927年,在比利時布魯塞爾召開的第五屆索爾維會議上,愛因斯坦提出了一個模型:一個電子通過一個小孔得到一幅衍射圖像,第一種說法是這裡沒有一個粒子,而只有在“一團電子雲”,它是一個空間的實在。這是薛定諤-德布羅意對電子波的描述(事實上兩人認為電子波是一種環狀駐波);第二種說法是的確有一個電子,波函數是機率分佈,電子本身不擴散到空中,而只是一種概率波。愛因斯坦認為,第二種說法比第一種說法完備。但是,他反對第二種說法,因為這種隨機性表明,同一個過程會產生許多不同的結果,而這樣,屏幕上的許多區域就要同時對電子的觀測做出反應,這似乎暗示了一種超距作用(action at distance,相隔一定距離的兩個物體之間存在著直接、瞬時的相互作用,不需要任何媒質傳遞,也不需要任何傳遞時間),從而違背了相對論。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

這種質疑是尖銳的和持續不斷的。1930年,愛因斯坦提出了“光箱思想實驗”。老愛認為,可以精確地知道光子的能量,以及光子通過小孔的精確時間,因此不確定原理不成立。

玻爾的回答是實驗所需的條件(重量、彈簧等)總使得不可能同時排除能量和時間上的不確定性。他認為應該對虛構的實驗作完整的、詳細的描述,沒有什麼東西是可以憑空想出來的。固定平衡框架的螺栓,用來測量質量所必須允許匣子移動的彈簧,必須添上去的小的重量等等。玻爾的核心思想是不能用不確定性的實驗裝置來證偽不確定性原理。

1935年。愛因斯坦、B.波多爾斯基和N.羅森為論證量子力學的不完備性而提出了EPR悖論,又稱 EPR論證。假設有兩個粒子,它們之間存在相互作用,它們分離後沒有和其他任何東西相互作用,直到實驗工作者決定去研究其中的某一個。每一個粒子都具有自己確定的動量,每一個都位於空間的某個位置。即使是在量子理論的規則之內,在它們相互靠近的時候,我們也可以精確地測量兩個粒子的總動量和它們之間的距離。一段較長的時間後,當我們決定去測量一個粒子的動量時,自然會知道另一個粒子的動量應該是多少,因為其總量應該保持不變。測量了它的動量以後,我們現在可以精確地測量同一個粒子的精確位置。這個測量會影響這個粒子的動量,但是不會影響位於遠處的另一個粒子的動量。如果知道它的動量和粒子的原始間隔,那麼通過測量位置,我們就能夠推算出另一個粒子目前的位置,所以我們可以同時瞭解兩個粒子的位置和動量,從而證偽測不準原理。如果對一個粒子進行測量的結果影響了它在別處的夥伴粒子,它們之間似乎存在著穿越時空的瞬時“信息”,或稱其為“超距作用”,這違背了因果律。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

對於EPR悖論,玻爾的回答是根本不存在量子世界,只存在一種抽象的量子描述。認為物理學的任務是要找出大自然如何運作的,這是錯誤的。物理學關注的是關於自然我們可以說的那些東西。[布魯斯·羅森布魯姆,弗雷德·庫特納,《量子之謎》,第154頁]。玻爾認為,所謂“實在”只適合觀測手段連起來講才有意義,在觀測之前並沒有兩個粒子,而只有一個粒子,A和B在觀測它們之後才有所謂的自旋,才有了物理意義。玻爾對EPR實在性判據中關於“不對體系進行任何干擾”的說法提出了異議。玻爾認為測量程序對於問題中的物理量賴以確定的條件有著根本的影響,必須把這些條件看成是可以明確應用'物理實在這個詞的任何現象中的一個固有要素,既然實驗條件已經改變,那麼,EPR論證的結論就顯得不正確了。玻爾以測量儀器與客體實在的不可分性為理由,否定了EPR論證的前提——物理實在的認識論判據,從而否定了EPR實驗的悖論性質。

玻爾的這些回答當然不能讓愛因斯坦信服,但是,愛因斯坦竟然也拿不出更有力的實驗和證據來反駁(沒有實驗為基礎的辯論不可能分出勝負),但是,他又不能放棄,因此,他倆只能在虛構的思想實驗的細節上糾纏。不過,遇上了這樣難纏的對手,玻爾著實很悲哀。麻煩的是,EPR悖論將持續發酵,玻姆的隱變量理論、貝爾的貝爾不等式和阿斯派克特實驗都是這個爭論的延續。玻爾後半生都在絞盡腦汁地思考如何來化解愛因斯坦一浪高過一浪的質疑。玻爾實在想不通,他和愛因斯坦信奉的都是粒子說,建立在真空基礎上的粒子說無法解釋超距作用問題,粒子之間的相互作用難道要用波動說的同頻率干涉來解釋嗎?那樣不就證明粒子說的思路是錯誤的嗎?愛因斯坦是不是瘋了?據說玻爾去世前三天還對著黑板上愛因斯坦發來的問題自言自語。他一定是在哀嘆:本是同根生!相煎何太急!相煎何太急啊!

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

為什麼愛因斯坦要和玻爾過不去,並死磕了一輩子呢?我們知道,愛因斯坦不僅是相對論的創建者,他也是量子力學的創建者之一。事情是不是很蹊蹺?老愛到底在質疑什麼呢?

需要注意的是,愛因斯坦和玻爾爭論的焦點圍繞著不確定原理和超距作用問題。哥本哈根詮釋的本質是“隨機性”,這就是不確定原理,經典物理學中嚴格的因果關係被量子力學的統計性解釋所取代。波恩詮釋的波函數ψ只是一種統計,平方只代表了粒子在某處出現的概率。電子在某處的位置只是一個隨機的過程,完全沒有嚴密的因果關係,這違反了因果律。無論從哪個角度看,哥本哈根詮釋都是驚世駭俗的,其中的概率解釋和不確定原理挑戰的是兩千年來科學所確立的因果決定論,也動搖了科學的客觀性。

我們知道,經典物理學的時空是一種絕對時空,由三維空間加一維時間,稱之為“三一時空”。重要的是經典物理學的三一時空是客觀存在的,“我”與空間和時間是相互獨立的,這個三一時空是一個絕對客觀的外部世界。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

愛因斯坦把空間和時間的關係硬性地捆綁在一起,把三維空間與一維時間合併成四維的時空結構。這個時空稱為相對時空,它以觀察者為核心,將過去和現在聯繫在一起,時間和空間纏繞在一起,稱為四維時空。在相對論中沒有外部世界和“我”的區分,“我”與客觀世界融為一體,“我”的變化帶來世界的變化。相對論和哥本哈根詮釋一樣把觀察者與客觀世界聯繫在了一起。根據狹義相對論,時間並不是永遠以人們感受到的這種速度進行的,它也會發生變化。它一般是和速度有關的,通過運動可以改變空間的形態。速度越快,越接近於光的極限速度,時間就會越慢。即運動的參照系會改變時間的快慢(動鍾變慢假說)——運動的參照系不遵守時間因果律;廣義相對論導出時間膨脹問題,空間膨脹則時間向前演進,空間塌縮則時間反向演進(倒退),這更是徹底違反了時間因果律。也就是說,第一個動搖經典物理學因果律和決定論根基的人正是愛因斯坦。

愛因斯坦和玻爾的理論都違反了因果律!都是客觀邏輯的背叛者。但是,事實的發展超出了人們的想象,愛因斯坦與經典學派的薛定諤和德布羅意為一方對抗哥本哈根學派,他們的共同點是他們三人捍衛的都是經典理論的因果律。除了這一個共同目標外,雙方在其他方面卻是對立的。薛定諤和德布羅意都是波動說的堅定支持者,而愛因斯坦卻是持粒子說觀點的,而他們反對的哥本哈根詮釋的波函數概率性正是粒子說觀點導致的。可以這樣說,從各方面看,愛因斯坦更適合站在薛定諤和德布羅意的對立面的。這是一場陣線並不分明的三方混戰。

愛因斯坦竟然站在了堅守因果律和決定論的經典物理的陣營對抗哥本哈根學派,一個打破時間因果律的人為什麼要去反對另一個打破因果律的理論呢?這實在是一件匪夷所思的事情,問題是,他要反對哥本哈根詮釋的哪一部分呢?

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

眾所周知,光量子的概念愛因斯坦自己提出的。根據量子力學,光子是沒有質量但有能量的粒子。問題是,玻爾的確是按照粒子說的思路進行推演的,也就是說,只要認為量子是粒子,任何人推導的結果都大同小異。在20年代60年代以前,玻爾為首的哥本哈根詮釋(解釋)已等同於量子力學。表面上質疑的是哥本哈根學派,實際上質疑的是整個粒子說的邏輯體系。以此來看,愛因斯坦針對的不是玻爾個人,而是整個哥本哈根學派,或者說,愛因斯坦質疑的是整個量子力學。

對於解決超距作用問題,並且為給引力波尋找一個振動的空間媒介,早在1920年,愛因斯坦就想讓以太復活而提出了“廣義相對論以太”,但是,隨著相對論和量子力學的成功,人們已經接受了真空的概念,所以,愛因斯坦也無力迴天,他的餘生只能在真空和以太之間搖擺。

我們知道,波動說認為量子(例如光)是以太的橫振動,空間由以太這種物質構成。粒子說認為量子是實實在在的粒子,空間必須是空無一物的真空。麻煩的是,如果光量子和電量子是慣性粒子,那麼任何非真空空間環境都會與光的恆定傳播速度相沖突,粒子說只能建立在真空的基礎上。問題是,如果空間是空無一物的真空,那麼,客觀世界中所有的相互作用力都會存在超距作用問題,空間真空的設定必然導致無法消除的奇異性,這是基於粒子說的物理理論無法擺脫的邏輯困境,這個矛盾無解!當愛因斯坦提出空間存在任何特性的空間介質都意味著真空的“死亡”,這意味著光量子不是一顆“實實在在”的粒子,按照這個非真空的邏輯繼續推演下去,以粒子說為基礎的“光電效應”解釋就是個錯誤,繼而會證明狹義、廣義相對性運動原理也是個錯誤……繼續推演下去後果不堪設想。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

還有,面對粒子說與非真空空間無法迴避的邏輯矛盾,量子力學的錯誤也意味著相對論的錯誤,一榮俱榮、一損俱損,以太的復活,摧毀的是所有基於粒子說的思想體系,愛因斯坦處於痛苦的煎熬之中。事實上,在心底他多麼希望這場爭論玻爾能贏,多麼希望玻爾能拿出無可辯駁的證據來拯救粒子說這個思想體系,讓粒子說這艘大船能夠乘風破浪、一往無前。因此,愛因斯坦對玻爾和哥本哈根詮釋的質疑,實際上是他心裡內在矛盾的投射;表面上質疑的是哥本哈根詮釋,實際上質疑的是粒子說的整個邏輯體系。和玻爾的鬥法輸贏都是一件痛苦的事情,都意味著自我否定。光量子是什麼?在這裡還是再一次引述愛因斯坦去世前一年寫給摯友索末菲的信:這50年來,冥思苦想並沒有讓我接近這個問題的答案,什麼是光量子?當今任何一個普通人,都認為他知道這個答案,但是他是錯的。[彼得·柯文尼,羅傑·海菲爾德,《時間之箭》,湖南科學技術出版社,2008年,第123頁]

瞭解了物理學發展史,我們才能理解這段話的深層次含義。所有的疑惑都能在這段話裡找到答案。當今的人們認為的量子是什麼呢?答案是光是一種粒子,沒有質量但卻有能量。如果光量子不是粒子,那是什麼呢?經典物理學認為光是一種波,弦理論認為光是一種弦。但是在當時,弦理論還沒有提出,那麼,如果光不是粒子,那隻能是一種波了。所以我們就能理解愛因斯坦為什麼和波動說的薛定諤和德布羅意一起反對當時量子力學的主流學派哥本哈根學派了。萬事皆有因,沒有無緣無故的愛,也沒有無緣無故的恨,一切盡在情理之中。

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愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?

作者丨李春生(書房記特約專欄作者)

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

自從提出廣義相對論後,愛因斯坦的工作好像就剩一件事兒,那就是和另一個量子力學的重量級人物,著名的哥本哈根學派的領頭人玻爾死磕。兩人論戰了一輩子,直到兩人去世也沒有分出誰勝誰負,其過程不可謂不慘烈,對兩人來說都是一場人生悲劇。

早在1926年,愛因斯坦在寫給玻恩的信裡寫道:量子力學令人印象深刻,但是一種內在的聲音告訴我,它並不是真實的,這個理論產生了很多好的結果,可他並沒有使我們更接近老頭子的奧祕,我毫無保留的相信,老頭子是不擲骰子的。老頭子是他對上帝的暱稱。

1927年,在比利時布魯塞爾召開的第五屆索爾維會議上,愛因斯坦提出了一個模型:一個電子通過一個小孔得到一幅衍射圖像,第一種說法是這裡沒有一個粒子,而只有在“一團電子雲”,它是一個空間的實在。這是薛定諤-德布羅意對電子波的描述(事實上兩人認為電子波是一種環狀駐波);第二種說法是的確有一個電子,波函數是機率分佈,電子本身不擴散到空中,而只是一種概率波。愛因斯坦認為,第二種說法比第一種說法完備。但是,他反對第二種說法,因為這種隨機性表明,同一個過程會產生許多不同的結果,而這樣,屏幕上的許多區域就要同時對電子的觀測做出反應,這似乎暗示了一種超距作用(action at distance,相隔一定距離的兩個物體之間存在著直接、瞬時的相互作用,不需要任何媒質傳遞,也不需要任何傳遞時間),從而違背了相對論。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

這種質疑是尖銳的和持續不斷的。1930年,愛因斯坦提出了“光箱思想實驗”。老愛認為,可以精確地知道光子的能量,以及光子通過小孔的精確時間,因此不確定原理不成立。

玻爾的回答是實驗所需的條件(重量、彈簧等)總使得不可能同時排除能量和時間上的不確定性。他認為應該對虛構的實驗作完整的、詳細的描述,沒有什麼東西是可以憑空想出來的。固定平衡框架的螺栓,用來測量質量所必須允許匣子移動的彈簧,必須添上去的小的重量等等。玻爾的核心思想是不能用不確定性的實驗裝置來證偽不確定性原理。

1935年。愛因斯坦、B.波多爾斯基和N.羅森為論證量子力學的不完備性而提出了EPR悖論,又稱 EPR論證。假設有兩個粒子,它們之間存在相互作用,它們分離後沒有和其他任何東西相互作用,直到實驗工作者決定去研究其中的某一個。每一個粒子都具有自己確定的動量,每一個都位於空間的某個位置。即使是在量子理論的規則之內,在它們相互靠近的時候,我們也可以精確地測量兩個粒子的總動量和它們之間的距離。一段較長的時間後,當我們決定去測量一個粒子的動量時,自然會知道另一個粒子的動量應該是多少,因為其總量應該保持不變。測量了它的動量以後,我們現在可以精確地測量同一個粒子的精確位置。這個測量會影響這個粒子的動量,但是不會影響位於遠處的另一個粒子的動量。如果知道它的動量和粒子的原始間隔,那麼通過測量位置,我們就能夠推算出另一個粒子目前的位置,所以我們可以同時瞭解兩個粒子的位置和動量,從而證偽測不準原理。如果對一個粒子進行測量的結果影響了它在別處的夥伴粒子,它們之間似乎存在著穿越時空的瞬時“信息”,或稱其為“超距作用”,這違背了因果律。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

對於EPR悖論,玻爾的回答是根本不存在量子世界,只存在一種抽象的量子描述。認為物理學的任務是要找出大自然如何運作的,這是錯誤的。物理學關注的是關於自然我們可以說的那些東西。[布魯斯·羅森布魯姆,弗雷德·庫特納,《量子之謎》,第154頁]。玻爾認為,所謂“實在”只適合觀測手段連起來講才有意義,在觀測之前並沒有兩個粒子,而只有一個粒子,A和B在觀測它們之後才有所謂的自旋,才有了物理意義。玻爾對EPR實在性判據中關於“不對體系進行任何干擾”的說法提出了異議。玻爾認為測量程序對於問題中的物理量賴以確定的條件有著根本的影響,必須把這些條件看成是可以明確應用'物理實在這個詞的任何現象中的一個固有要素,既然實驗條件已經改變,那麼,EPR論證的結論就顯得不正確了。玻爾以測量儀器與客體實在的不可分性為理由,否定了EPR論證的前提——物理實在的認識論判據,從而否定了EPR實驗的悖論性質。

玻爾的這些回答當然不能讓愛因斯坦信服,但是,愛因斯坦竟然也拿不出更有力的實驗和證據來反駁(沒有實驗為基礎的辯論不可能分出勝負),但是,他又不能放棄,因此,他倆只能在虛構的思想實驗的細節上糾纏。不過,遇上了這樣難纏的對手,玻爾著實很悲哀。麻煩的是,EPR悖論將持續發酵,玻姆的隱變量理論、貝爾的貝爾不等式和阿斯派克特實驗都是這個爭論的延續。玻爾後半生都在絞盡腦汁地思考如何來化解愛因斯坦一浪高過一浪的質疑。玻爾實在想不通,他和愛因斯坦信奉的都是粒子說,建立在真空基礎上的粒子說無法解釋超距作用問題,粒子之間的相互作用難道要用波動說的同頻率干涉來解釋嗎?那樣不就證明粒子說的思路是錯誤的嗎?愛因斯坦是不是瘋了?據說玻爾去世前三天還對著黑板上愛因斯坦發來的問題自言自語。他一定是在哀嘆:本是同根生!相煎何太急!相煎何太急啊!

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

為什麼愛因斯坦要和玻爾過不去,並死磕了一輩子呢?我們知道,愛因斯坦不僅是相對論的創建者,他也是量子力學的創建者之一。事情是不是很蹊蹺?老愛到底在質疑什麼呢?

需要注意的是,愛因斯坦和玻爾爭論的焦點圍繞著不確定原理和超距作用問題。哥本哈根詮釋的本質是“隨機性”,這就是不確定原理,經典物理學中嚴格的因果關係被量子力學的統計性解釋所取代。波恩詮釋的波函數ψ只是一種統計,平方只代表了粒子在某處出現的概率。電子在某處的位置只是一個隨機的過程,完全沒有嚴密的因果關係,這違反了因果律。無論從哪個角度看,哥本哈根詮釋都是驚世駭俗的,其中的概率解釋和不確定原理挑戰的是兩千年來科學所確立的因果決定論,也動搖了科學的客觀性。

我們知道,經典物理學的時空是一種絕對時空,由三維空間加一維時間,稱之為“三一時空”。重要的是經典物理學的三一時空是客觀存在的,“我”與空間和時間是相互獨立的,這個三一時空是一個絕對客觀的外部世界。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

愛因斯坦把空間和時間的關係硬性地捆綁在一起,把三維空間與一維時間合併成四維的時空結構。這個時空稱為相對時空,它以觀察者為核心,將過去和現在聯繫在一起,時間和空間纏繞在一起,稱為四維時空。在相對論中沒有外部世界和“我”的區分,“我”與客觀世界融為一體,“我”的變化帶來世界的變化。相對論和哥本哈根詮釋一樣把觀察者與客觀世界聯繫在了一起。根據狹義相對論,時間並不是永遠以人們感受到的這種速度進行的,它也會發生變化。它一般是和速度有關的,通過運動可以改變空間的形態。速度越快,越接近於光的極限速度,時間就會越慢。即運動的參照系會改變時間的快慢(動鍾變慢假說)——運動的參照系不遵守時間因果律;廣義相對論導出時間膨脹問題,空間膨脹則時間向前演進,空間塌縮則時間反向演進(倒退),這更是徹底違反了時間因果律。也就是說,第一個動搖經典物理學因果律和決定論根基的人正是愛因斯坦。

愛因斯坦和玻爾的理論都違反了因果律!都是客觀邏輯的背叛者。但是,事實的發展超出了人們的想象,愛因斯坦與經典學派的薛定諤和德布羅意為一方對抗哥本哈根學派,他們的共同點是他們三人捍衛的都是經典理論的因果律。除了這一個共同目標外,雙方在其他方面卻是對立的。薛定諤和德布羅意都是波動說的堅定支持者,而愛因斯坦卻是持粒子說觀點的,而他們反對的哥本哈根詮釋的波函數概率性正是粒子說觀點導致的。可以這樣說,從各方面看,愛因斯坦更適合站在薛定諤和德布羅意的對立面的。這是一場陣線並不分明的三方混戰。

愛因斯坦竟然站在了堅守因果律和決定論的經典物理的陣營對抗哥本哈根學派,一個打破時間因果律的人為什麼要去反對另一個打破因果律的理論呢?這實在是一件匪夷所思的事情,問題是,他要反對哥本哈根詮釋的哪一部分呢?

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

眾所周知,光量子的概念愛因斯坦自己提出的。根據量子力學,光子是沒有質量但有能量的粒子。問題是,玻爾的確是按照粒子說的思路進行推演的,也就是說,只要認為量子是粒子,任何人推導的結果都大同小異。在20年代60年代以前,玻爾為首的哥本哈根詮釋(解釋)已等同於量子力學。表面上質疑的是哥本哈根學派,實際上質疑的是整個粒子說的邏輯體系。以此來看,愛因斯坦針對的不是玻爾個人,而是整個哥本哈根學派,或者說,愛因斯坦質疑的是整個量子力學。

對於解決超距作用問題,並且為給引力波尋找一個振動的空間媒介,早在1920年,愛因斯坦就想讓以太復活而提出了“廣義相對論以太”,但是,隨著相對論和量子力學的成功,人們已經接受了真空的概念,所以,愛因斯坦也無力迴天,他的餘生只能在真空和以太之間搖擺。

我們知道,波動說認為量子(例如光)是以太的橫振動,空間由以太這種物質構成。粒子說認為量子是實實在在的粒子,空間必須是空無一物的真空。麻煩的是,如果光量子和電量子是慣性粒子,那麼任何非真空空間環境都會與光的恆定傳播速度相沖突,粒子說只能建立在真空的基礎上。問題是,如果空間是空無一物的真空,那麼,客觀世界中所有的相互作用力都會存在超距作用問題,空間真空的設定必然導致無法消除的奇異性,這是基於粒子說的物理理論無法擺脫的邏輯困境,這個矛盾無解!當愛因斯坦提出空間存在任何特性的空間介質都意味著真空的“死亡”,這意味著光量子不是一顆“實實在在”的粒子,按照這個非真空的邏輯繼續推演下去,以粒子說為基礎的“光電效應”解釋就是個錯誤,繼而會證明狹義、廣義相對性運動原理也是個錯誤……繼續推演下去後果不堪設想。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

還有,面對粒子說與非真空空間無法迴避的邏輯矛盾,量子力學的錯誤也意味著相對論的錯誤,一榮俱榮、一損俱損,以太的復活,摧毀的是所有基於粒子說的思想體系,愛因斯坦處於痛苦的煎熬之中。事實上,在心底他多麼希望這場爭論玻爾能贏,多麼希望玻爾能拿出無可辯駁的證據來拯救粒子說這個思想體系,讓粒子說這艘大船能夠乘風破浪、一往無前。因此,愛因斯坦對玻爾和哥本哈根詮釋的質疑,實際上是他心裡內在矛盾的投射;表面上質疑的是哥本哈根詮釋,實際上質疑的是粒子說的整個邏輯體系。和玻爾的鬥法輸贏都是一件痛苦的事情,都意味著自我否定。光量子是什麼?在這裡還是再一次引述愛因斯坦去世前一年寫給摯友索末菲的信:這50年來,冥思苦想並沒有讓我接近這個問題的答案,什麼是光量子?當今任何一個普通人,都認為他知道這個答案,但是他是錯的。[彼得·柯文尼,羅傑·海菲爾德,《時間之箭》,湖南科學技術出版社,2008年,第123頁]

瞭解了物理學發展史,我們才能理解這段話的深層次含義。所有的疑惑都能在這段話裡找到答案。當今的人們認為的量子是什麼呢?答案是光是一種粒子,沒有質量但卻有能量。如果光量子不是粒子,那是什麼呢?經典物理學認為光是一種波,弦理論認為光是一種弦。但是在當時,弦理論還沒有提出,那麼,如果光不是粒子,那隻能是一種波了。所以我們就能理解愛因斯坦為什麼和波動說的薛定諤和德布羅意一起反對當時量子力學的主流學派哥本哈根學派了。萬事皆有因,沒有無緣無故的愛,也沒有無緣無故的恨,一切盡在情理之中。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

最後要說的是,愛因斯坦還是值得尊敬的,當他發現粒子說的邏輯困境後沒有掩耳盜鈴,而是勇敢地否定了自己之前的觀點,讓以太以“廣義相對論以太”的形式復活。雖然最後他失敗了,但是,他向世人證明了科學精神的真諦是什麼。

《一隻大象》這作者李春生以旁觀者的視角對物理學發展史進行了重新梳理,還原了一些不為人知或被扭曲的歷史細節,提醒人們注意“證實性偏見”的危害性。本書並非嚴謹的學術著作,僅為讀者提供一個瞭解物理學的新視角,希望能夠給喜愛物理學的同學們帶來啟發。

先賢們幾千年積攢下來的思想成果滋養了我們的智慧,他們點亮了一個又一個燈塔,指引著人類的發展方向。沒有人的觀點全部正確,也沒有人的觀點一無是處。有些觀點後來被事實證明是一個個錯誤,那也是他們在錯誤的地方樹立起了一個個指引正確航道的航標燈。

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愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?

作者丨李春生(書房記特約專欄作者)

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

自從提出廣義相對論後,愛因斯坦的工作好像就剩一件事兒,那就是和另一個量子力學的重量級人物,著名的哥本哈根學派的領頭人玻爾死磕。兩人論戰了一輩子,直到兩人去世也沒有分出誰勝誰負,其過程不可謂不慘烈,對兩人來說都是一場人生悲劇。

早在1926年,愛因斯坦在寫給玻恩的信裡寫道:量子力學令人印象深刻,但是一種內在的聲音告訴我,它並不是真實的,這個理論產生了很多好的結果,可他並沒有使我們更接近老頭子的奧祕,我毫無保留的相信,老頭子是不擲骰子的。老頭子是他對上帝的暱稱。

1927年,在比利時布魯塞爾召開的第五屆索爾維會議上,愛因斯坦提出了一個模型:一個電子通過一個小孔得到一幅衍射圖像,第一種說法是這裡沒有一個粒子,而只有在“一團電子雲”,它是一個空間的實在。這是薛定諤-德布羅意對電子波的描述(事實上兩人認為電子波是一種環狀駐波);第二種說法是的確有一個電子,波函數是機率分佈,電子本身不擴散到空中,而只是一種概率波。愛因斯坦認為,第二種說法比第一種說法完備。但是,他反對第二種說法,因為這種隨機性表明,同一個過程會產生許多不同的結果,而這樣,屏幕上的許多區域就要同時對電子的觀測做出反應,這似乎暗示了一種超距作用(action at distance,相隔一定距離的兩個物體之間存在著直接、瞬時的相互作用,不需要任何媒質傳遞,也不需要任何傳遞時間),從而違背了相對論。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

這種質疑是尖銳的和持續不斷的。1930年,愛因斯坦提出了“光箱思想實驗”。老愛認為,可以精確地知道光子的能量,以及光子通過小孔的精確時間,因此不確定原理不成立。

玻爾的回答是實驗所需的條件(重量、彈簧等)總使得不可能同時排除能量和時間上的不確定性。他認為應該對虛構的實驗作完整的、詳細的描述,沒有什麼東西是可以憑空想出來的。固定平衡框架的螺栓,用來測量質量所必須允許匣子移動的彈簧,必須添上去的小的重量等等。玻爾的核心思想是不能用不確定性的實驗裝置來證偽不確定性原理。

1935年。愛因斯坦、B.波多爾斯基和N.羅森為論證量子力學的不完備性而提出了EPR悖論,又稱 EPR論證。假設有兩個粒子,它們之間存在相互作用,它們分離後沒有和其他任何東西相互作用,直到實驗工作者決定去研究其中的某一個。每一個粒子都具有自己確定的動量,每一個都位於空間的某個位置。即使是在量子理論的規則之內,在它們相互靠近的時候,我們也可以精確地測量兩個粒子的總動量和它們之間的距離。一段較長的時間後,當我們決定去測量一個粒子的動量時,自然會知道另一個粒子的動量應該是多少,因為其總量應該保持不變。測量了它的動量以後,我們現在可以精確地測量同一個粒子的精確位置。這個測量會影響這個粒子的動量,但是不會影響位於遠處的另一個粒子的動量。如果知道它的動量和粒子的原始間隔,那麼通過測量位置,我們就能夠推算出另一個粒子目前的位置,所以我們可以同時瞭解兩個粒子的位置和動量,從而證偽測不準原理。如果對一個粒子進行測量的結果影響了它在別處的夥伴粒子,它們之間似乎存在著穿越時空的瞬時“信息”,或稱其為“超距作用”,這違背了因果律。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

對於EPR悖論,玻爾的回答是根本不存在量子世界,只存在一種抽象的量子描述。認為物理學的任務是要找出大自然如何運作的,這是錯誤的。物理學關注的是關於自然我們可以說的那些東西。[布魯斯·羅森布魯姆,弗雷德·庫特納,《量子之謎》,第154頁]。玻爾認為,所謂“實在”只適合觀測手段連起來講才有意義,在觀測之前並沒有兩個粒子,而只有一個粒子,A和B在觀測它們之後才有所謂的自旋,才有了物理意義。玻爾對EPR實在性判據中關於“不對體系進行任何干擾”的說法提出了異議。玻爾認為測量程序對於問題中的物理量賴以確定的條件有著根本的影響,必須把這些條件看成是可以明確應用'物理實在這個詞的任何現象中的一個固有要素,既然實驗條件已經改變,那麼,EPR論證的結論就顯得不正確了。玻爾以測量儀器與客體實在的不可分性為理由,否定了EPR論證的前提——物理實在的認識論判據,從而否定了EPR實驗的悖論性質。

玻爾的這些回答當然不能讓愛因斯坦信服,但是,愛因斯坦竟然也拿不出更有力的實驗和證據來反駁(沒有實驗為基礎的辯論不可能分出勝負),但是,他又不能放棄,因此,他倆只能在虛構的思想實驗的細節上糾纏。不過,遇上了這樣難纏的對手,玻爾著實很悲哀。麻煩的是,EPR悖論將持續發酵,玻姆的隱變量理論、貝爾的貝爾不等式和阿斯派克特實驗都是這個爭論的延續。玻爾後半生都在絞盡腦汁地思考如何來化解愛因斯坦一浪高過一浪的質疑。玻爾實在想不通,他和愛因斯坦信奉的都是粒子說,建立在真空基礎上的粒子說無法解釋超距作用問題,粒子之間的相互作用難道要用波動說的同頻率干涉來解釋嗎?那樣不就證明粒子說的思路是錯誤的嗎?愛因斯坦是不是瘋了?據說玻爾去世前三天還對著黑板上愛因斯坦發來的問題自言自語。他一定是在哀嘆:本是同根生!相煎何太急!相煎何太急啊!

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

為什麼愛因斯坦要和玻爾過不去,並死磕了一輩子呢?我們知道,愛因斯坦不僅是相對論的創建者,他也是量子力學的創建者之一。事情是不是很蹊蹺?老愛到底在質疑什麼呢?

需要注意的是,愛因斯坦和玻爾爭論的焦點圍繞著不確定原理和超距作用問題。哥本哈根詮釋的本質是“隨機性”,這就是不確定原理,經典物理學中嚴格的因果關係被量子力學的統計性解釋所取代。波恩詮釋的波函數ψ只是一種統計,平方只代表了粒子在某處出現的概率。電子在某處的位置只是一個隨機的過程,完全沒有嚴密的因果關係,這違反了因果律。無論從哪個角度看,哥本哈根詮釋都是驚世駭俗的,其中的概率解釋和不確定原理挑戰的是兩千年來科學所確立的因果決定論,也動搖了科學的客觀性。

我們知道,經典物理學的時空是一種絕對時空,由三維空間加一維時間,稱之為“三一時空”。重要的是經典物理學的三一時空是客觀存在的,“我”與空間和時間是相互獨立的,這個三一時空是一個絕對客觀的外部世界。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

愛因斯坦把空間和時間的關係硬性地捆綁在一起,把三維空間與一維時間合併成四維的時空結構。這個時空稱為相對時空,它以觀察者為核心,將過去和現在聯繫在一起,時間和空間纏繞在一起,稱為四維時空。在相對論中沒有外部世界和“我”的區分,“我”與客觀世界融為一體,“我”的變化帶來世界的變化。相對論和哥本哈根詮釋一樣把觀察者與客觀世界聯繫在了一起。根據狹義相對論,時間並不是永遠以人們感受到的這種速度進行的,它也會發生變化。它一般是和速度有關的,通過運動可以改變空間的形態。速度越快,越接近於光的極限速度,時間就會越慢。即運動的參照系會改變時間的快慢(動鍾變慢假說)——運動的參照系不遵守時間因果律;廣義相對論導出時間膨脹問題,空間膨脹則時間向前演進,空間塌縮則時間反向演進(倒退),這更是徹底違反了時間因果律。也就是說,第一個動搖經典物理學因果律和決定論根基的人正是愛因斯坦。

愛因斯坦和玻爾的理論都違反了因果律!都是客觀邏輯的背叛者。但是,事實的發展超出了人們的想象,愛因斯坦與經典學派的薛定諤和德布羅意為一方對抗哥本哈根學派,他們的共同點是他們三人捍衛的都是經典理論的因果律。除了這一個共同目標外,雙方在其他方面卻是對立的。薛定諤和德布羅意都是波動說的堅定支持者,而愛因斯坦卻是持粒子說觀點的,而他們反對的哥本哈根詮釋的波函數概率性正是粒子說觀點導致的。可以這樣說,從各方面看,愛因斯坦更適合站在薛定諤和德布羅意的對立面的。這是一場陣線並不分明的三方混戰。

愛因斯坦竟然站在了堅守因果律和決定論的經典物理的陣營對抗哥本哈根學派,一個打破時間因果律的人為什麼要去反對另一個打破因果律的理論呢?這實在是一件匪夷所思的事情,問題是,他要反對哥本哈根詮釋的哪一部分呢?

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

眾所周知,光量子的概念愛因斯坦自己提出的。根據量子力學,光子是沒有質量但有能量的粒子。問題是,玻爾的確是按照粒子說的思路進行推演的,也就是說,只要認為量子是粒子,任何人推導的結果都大同小異。在20年代60年代以前,玻爾為首的哥本哈根詮釋(解釋)已等同於量子力學。表面上質疑的是哥本哈根學派,實際上質疑的是整個粒子說的邏輯體系。以此來看,愛因斯坦針對的不是玻爾個人,而是整個哥本哈根學派,或者說,愛因斯坦質疑的是整個量子力學。

對於解決超距作用問題,並且為給引力波尋找一個振動的空間媒介,早在1920年,愛因斯坦就想讓以太復活而提出了“廣義相對論以太”,但是,隨著相對論和量子力學的成功,人們已經接受了真空的概念,所以,愛因斯坦也無力迴天,他的餘生只能在真空和以太之間搖擺。

我們知道,波動說認為量子(例如光)是以太的橫振動,空間由以太這種物質構成。粒子說認為量子是實實在在的粒子,空間必須是空無一物的真空。麻煩的是,如果光量子和電量子是慣性粒子,那麼任何非真空空間環境都會與光的恆定傳播速度相沖突,粒子說只能建立在真空的基礎上。問題是,如果空間是空無一物的真空,那麼,客觀世界中所有的相互作用力都會存在超距作用問題,空間真空的設定必然導致無法消除的奇異性,這是基於粒子說的物理理論無法擺脫的邏輯困境,這個矛盾無解!當愛因斯坦提出空間存在任何特性的空間介質都意味著真空的“死亡”,這意味著光量子不是一顆“實實在在”的粒子,按照這個非真空的邏輯繼續推演下去,以粒子說為基礎的“光電效應”解釋就是個錯誤,繼而會證明狹義、廣義相對性運動原理也是個錯誤……繼續推演下去後果不堪設想。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

還有,面對粒子說與非真空空間無法迴避的邏輯矛盾,量子力學的錯誤也意味著相對論的錯誤,一榮俱榮、一損俱損,以太的復活,摧毀的是所有基於粒子說的思想體系,愛因斯坦處於痛苦的煎熬之中。事實上,在心底他多麼希望這場爭論玻爾能贏,多麼希望玻爾能拿出無可辯駁的證據來拯救粒子說這個思想體系,讓粒子說這艘大船能夠乘風破浪、一往無前。因此,愛因斯坦對玻爾和哥本哈根詮釋的質疑,實際上是他心裡內在矛盾的投射;表面上質疑的是哥本哈根詮釋,實際上質疑的是粒子說的整個邏輯體系。和玻爾的鬥法輸贏都是一件痛苦的事情,都意味著自我否定。光量子是什麼?在這裡還是再一次引述愛因斯坦去世前一年寫給摯友索末菲的信:這50年來,冥思苦想並沒有讓我接近這個問題的答案,什麼是光量子?當今任何一個普通人,都認為他知道這個答案,但是他是錯的。[彼得·柯文尼,羅傑·海菲爾德,《時間之箭》,湖南科學技術出版社,2008年,第123頁]

瞭解了物理學發展史,我們才能理解這段話的深層次含義。所有的疑惑都能在這段話裡找到答案。當今的人們認為的量子是什麼呢?答案是光是一種粒子,沒有質量但卻有能量。如果光量子不是粒子,那是什麼呢?經典物理學認為光是一種波,弦理論認為光是一種弦。但是在當時,弦理論還沒有提出,那麼,如果光不是粒子,那隻能是一種波了。所以我們就能理解愛因斯坦為什麼和波動說的薛定諤和德布羅意一起反對當時量子力學的主流學派哥本哈根學派了。萬事皆有因,沒有無緣無故的愛,也沒有無緣無故的恨,一切盡在情理之中。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

最後要說的是,愛因斯坦還是值得尊敬的,當他發現粒子說的邏輯困境後沒有掩耳盜鈴,而是勇敢地否定了自己之前的觀點,讓以太以“廣義相對論以太”的形式復活。雖然最後他失敗了,但是,他向世人證明了科學精神的真諦是什麼。

《一隻大象》這作者李春生以旁觀者的視角對物理學發展史進行了重新梳理,還原了一些不為人知或被扭曲的歷史細節,提醒人們注意“證實性偏見”的危害性。本書並非嚴謹的學術著作,僅為讀者提供一個瞭解物理學的新視角,希望能夠給喜愛物理學的同學們帶來啟發。

先賢們幾千年積攢下來的思想成果滋養了我們的智慧,他們點亮了一個又一個燈塔,指引著人類的發展方向。沒有人的觀點全部正確,也沒有人的觀點一無是處。有些觀點後來被事實證明是一個個錯誤,那也是他們在錯誤的地方樹立起了一個個指引正確航道的航標燈。

愛因斯坦為什麼一生都在質疑玻爾的理論?玻爾靠什麼贏愛因斯坦?

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