為什麼愛因斯坦會說上帝不擲骰子？原來這是用來吵架的

2023-04-01 09:57:23 2

「上帝不會擲骰子」是整個科學史上一個極其著名的句子。這句話實際上被愛因斯坦用來反駁物理學家玻爾對量子力學的解釋。到底發生了什麼？

今天，讓我們來談談這個話題。

光學的發展

在自然界中，我們平時能接觸到的實際上是聲音、光、電、力和熱。各個年齡段的學者都會解釋這些現象。然而，光學的內容一直屬於差異最大的範疇。在古希臘，一些學者認為人們之所以能看見東西是因為人們的眼睛發亮。後來，當我們到達阿拉伯文明時，一位研究光學的阿拉伯學者糾正了這一觀點。他認為人們能看見事物是因為事物反射光或自身發光。只有當光進入眼睛時，我們才能看見。

然而，就光學而言，這並不是最困難的事情。但是三個哲學問題中的第一個，什麼是光？

牛頓作為科學史上排名前兩位的大神，提出了光是粒子的觀點。這一觀點寫在他的著作《光學》中，該書也被認為是光學的基礎著作。由於他在江湖上的地位和威望，他的觀點在相當長的一段時間內實際上主導了整個學術界。

事實上，在牛頓的同時代，一些學者也提出，光實際上是一種波，類似於水波。

支持這一觀點的學者也很有名。他是惠更斯，取得了巨大的科學成就。此外，牛頓的對手胡克也認為光是一種波。但是它們的音量沒有牛頓的好。繼牛頓之後，一位名叫託馬斯·楊的學者做了科學史上最奇異的實驗:楊氏雙縫幹涉實驗。這個實驗似乎表明光又是一種波。

但這也算，麥克斯韋等人在理論上直接統一了電和磁的現象，並預言了電磁波的存在，光就是電磁波。

換句話說，被認為是牛頓之後愛因斯坦之前最偉大的物理學家的麥克斯韋認為光是一種波，他反駁了牛頓的觀點。

由於麥克斯韋是那個時代的「牛頓」，所以「光波理論」成為那個時代的主流，也就是說，光是一種波。看起來好像麥克斯韋是最終的仲裁者，但沒過多久事情就有了轉機。如果我們假設光是波，我們也會遇到一些麻煩。這種麻煩被稱為黑體輻射。什麼是黑體輻射？

量子力學

事實上，我們不需要完全理解黑體輻射。我們需要知道的是，有一位名叫普朗克的物理老師，他被委託研究為什麼燈泡會變黃。黑體輻射實際上是他研究這個問題的理想模型。

他在研究中發現了一個問題。根據麥克斯韋的理論，我們需要假設「能量是連續的」。然而，如果是這樣的話，理論預測在實踐中總是有很大的出路，而且這個誤差太大了，根本無法擬合。

後來，普朗克受到另一位物理學家玻爾茲曼的啟發，他認為能量不是連續的，而是部分的，也就是說，有最小的基本能量單位，他稱之為量子。此時得到的理論與實驗結果吻合得很好。

事實上，普朗克本人並不完全同意這個想法，但結果是他只能接受它。他的發現讓我們明白了一個事實，任何變化實際上都有一個最小單位，比如距離和時間。任何變化都是它的整數倍，不小於普朗克尺度。

此外，微觀世界中也有最小的單位。這似乎在復興「光的粒子理論」。這又引發了光的波粒戰爭。下面是量子力學的蓬勃發展。讓我們來說說科學家們爭論的最終焦點是什麼？

我仍然想回到上面提到的雙縫幹涉實驗。然而，科學家們發現，如果實驗是由電子進行的，那麼在電子穿過雙縫後會出現幹涉條紋，這是下圖中上部的外觀。但是如果我們叫一個照相機來觀察雙縫，那麼我們會得到下面的圖片。

坦率地說，如果我們觀察和不觀察，最終的實驗結果是不同的。這很神奇嗎？

如果你面臨這樣的問題，你會怎麼想？

科學家們也撓了撓頭。他們最關心的是電子通過雙縫時處於什麼狀態。

那時，有一個著名的哥本哈根學派，其領袖是玻爾。他們認為電子在穿過雙縫之前和雙縫之前的所有位置都是以概率雲的形式描述的。因此，當通過雙縫時，會出現幹涉條紋，這實際上是概率分布。

如果我們用照相機觀察，電子會被鎖定在某個位置，所以有兩條條紋。

愛因斯坦認為這種說法是愚蠢的，因為它相當於說，當電子到達屏幕時，電子不知道它會落在哪裡，只有當它到達屏幕的那一刻，它似乎在擲骰子並選擇一個下落的地方。這種概率性的解釋對他來說是不可接受的，所以他反駁玻爾說，「上帝不會擲骰子。」

玻爾也反駁道:愛因斯坦，不要命令上帝怎麼做。

愛因斯坦和玻爾之間的爭論是20世紀科學史上最著名的一場爭論，在這場爭論中，量子力學得到了不斷的改進。現在，讓我們來看看這個問題，事實上愛因斯坦堅持認為應該有一個明確的客觀規律來描述電子的軌跡，但我們不知道其機理。他的這一觀點已被實驗所否定。除了愛因斯坦的想法和哥本哈根的解釋，實際上還有許多解釋，比如平行宇宙理論等等。

很長一段時間以來，哥本哈根解釋確實是主流理論，但近年來的一些實驗也發現，這種解釋是有缺陷的。因此，事實上，量子力學仍在發展和改進。