“上帝不擲骰子!”—— 這句名言,是愛(ài)因斯坦對(duì)量子力學(xué)不確定性原理最尖銳的反駁。
作為相對(duì)論的創(chuàng)立者、20 世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家之一,愛(ài)因斯坦本應(yīng)是新物理理論的推動(dòng)者,但他卻始終對(duì)量子力學(xué)的核心 —— 不確定性原理抱有強(qiáng)烈的懷疑與排斥。
這種 “厭惡” 并非源于個(gè)人偏見(jiàn),而是因?yàn)榱孔恿W(xué)的不確定性,徹底顛覆了愛(ài)因斯坦畢生追求的 “確定性世界觀(guān)”—— 一個(gè)由因果律主導(dǎo)、宇宙規(guī)律可被精準(zhǔn)描述的客觀(guān)世界。這種世界觀(guān)的沖突,不僅是科學(xué)理論的分歧,更是人類(lèi)對(duì)宇宙本質(zhì)認(rèn)知的深刻碰撞。
要理解愛(ài)因斯坦的 “厭惡”,首先得明確量子力學(xué)不確定性原理的核心 ——它否定了 “粒子狀態(tài)可被精準(zhǔn)測(cè)量” 的傳統(tǒng)認(rèn)知,認(rèn)為微觀(guān)世界的本質(zhì)是概率性的。
1927 年,物理學(xué)家海森堡提出不確定性原理:無(wú)法同時(shí)精確測(cè)量微觀(guān)粒子的位置和動(dòng)量(或能量和時(shí)間),測(cè)量行為本身會(huì)干擾粒子的狀態(tài),導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在固有誤差。例如,要測(cè)量電子的位置,需用光子照射電子,但光子會(huì)與電子發(fā)生碰撞,改變電子的動(dòng)量;若想精準(zhǔn)測(cè)量動(dòng)量,又會(huì)因光子能量過(guò)低,無(wú)法確定電子的具體位置。
這種 “測(cè)量即干擾” 的特性,意味著微觀(guān)粒子的狀態(tài)不存在 “客觀(guān)確定值”,只能用概率云(波函數(shù))描述其出現(xiàn)的可能性。
這一原理徹底打破了經(jīng)典物理學(xué)的 “確定性基石”。在牛頓力學(xué)和愛(ài)因斯坦相對(duì)論中,宇宙就像一臺(tái)精密的鐘表:只要知道物體的初始狀態(tài)(位置、動(dòng)量)和受力情況,就能通過(guò)公式精準(zhǔn)預(yù)測(cè)它未來(lái)的所有運(yùn)動(dòng)軌跡,不存在任何 “不確定性”。
愛(ài)因斯坦畢生都堅(jiān)信這種 “因果律主導(dǎo)的客觀(guān)世界”—— 他認(rèn)為,宇宙的規(guī)律是確定的、可被人類(lèi)理性認(rèn)知的,所謂的 “不確定性”,只是因?yàn)槿祟?lèi)尚未發(fā)現(xiàn)隱藏的 “決定性變量”(即 “隱變量理論”),而非微觀(guān)世界的本質(zhì)如此。對(duì)愛(ài)因斯坦而言,“概率性” 的量子力學(xué)就像 “沒(méi)有找到齒輪的鐘表”,看似無(wú)法預(yù)測(cè),實(shí)則只是遺漏了關(guān)鍵機(jī)制,絕非宇宙的終極真相。
更深層的沖突在于,不確定性原理動(dòng)搖了 “客觀(guān)現(xiàn)實(shí)獨(dú)立于觀(guān)測(cè)者” 的世界觀(guān)。
在經(jīng)典物理學(xué)中,“現(xiàn)實(shí)” 是客觀(guān)存在的,與觀(guān)測(cè)者無(wú)關(guān):無(wú)論人類(lèi)是否觀(guān)測(cè),月球都客觀(guān)存在于軌道上,電子都有確定的位置和動(dòng)量。但量子力學(xué)通過(guò)不確定性原理和波函數(shù)坍縮理論提出:微觀(guān)粒子的狀態(tài)在觀(guān)測(cè)前是 “疊加態(tài)”(如薛定諤的貓 “既死又活”),只有在觀(guān)測(cè)行為發(fā)生時(shí),波函數(shù)才會(huì)坍縮,粒子才會(huì)呈現(xiàn)出確定狀態(tài)。這意味著,“現(xiàn)實(shí)” 并非獨(dú)立于觀(guān)測(cè)者,而是觀(guān)測(cè)行為與粒子相互作用的結(jié)果 —— 這種 “觀(guān)測(cè)決定現(xiàn)實(shí)” 的觀(guān)點(diǎn),對(duì)愛(ài)因斯坦而言是不可接受的。
愛(ài)因斯坦始終堅(jiān)信 “存在一個(gè)不依賴(lài)于感知的客觀(guān)世界”,他在 1935 年與波多爾斯基、羅森共同提出 “EPR 悖論”,試圖證明量子力學(xué)的 “不完備性”:假設(shè)有一對(duì)相互糾纏的粒子,根據(jù)量子力學(xué),測(cè)量其中一個(gè)粒子的狀態(tài),會(huì)瞬間影響另一個(gè)粒子的狀態(tài)(即使兩者相距光年之外),這違背了相對(duì)論中 “光速不可超越” 的原則,也暗示量子力學(xué)可能遺漏了 “隱變量”,導(dǎo)致看似 “超距作用” 的假象。
愛(ài)因斯坦認(rèn)為,這種 “幽靈般的超距作用” 之所以存在,是因?yàn)榱W拥臓顟B(tài)在分離時(shí)就已由隱變量確定,觀(guān)測(cè)只是 “揭示” 而非 “創(chuàng)造” 現(xiàn)實(shí) —— 這正是他對(duì) “客觀(guān)現(xiàn)實(shí)” 的堅(jiān)守,也是對(duì)量子力學(xué) “觀(guān)測(cè)決定現(xiàn)實(shí)” 的反駁。
愛(ài)因斯坦的 “厭惡”,還源于他對(duì) “科學(xué)終極目標(biāo)” 的認(rèn)知差異。
在他看來(lái),科學(xué)的終極目標(biāo)是尋找宇宙的 “統(tǒng)一規(guī)律”,用簡(jiǎn)潔、確定的公式描述整個(gè)宇宙的運(yùn)行(如他晚年致力于研究的 “統(tǒng)一場(chǎng)論”)。
而量子力學(xué)的不確定性,卻將 “概率” 引入了宇宙的核心,似乎暗示人類(lèi)永遠(yuǎn)無(wú)法完全掌握微觀(guān)世界的確定規(guī)律 —— 這與愛(ài)因斯坦的科學(xué)理想背道而馳。他曾在給玻爾的信中寫(xiě)道:“量子力學(xué)固然令人贊嘆,但我內(nèi)心深處有個(gè)聲音告訴我,它還不是真正的東西。這理論說(shuō)了很多,但一點(diǎn)也沒(méi)有讓我們更接近‘上帝’的秘密。我無(wú)論如何也不相信上帝會(huì)擲骰子?!?對(duì)愛(ài)因斯坦而言,接受不確定性原理,就等于承認(rèn)人類(lèi)對(duì)宇宙的認(rèn)知存在 “不可逾越的鴻溝”,這是他畢生都無(wú)法妥協(xié)的。
值得注意的是,愛(ài)因斯坦并非否定量子力學(xué)的實(shí)用性 —— 他認(rèn)可量子力學(xué)在解釋微觀(guān)現(xiàn)象(如光電效應(yīng)、原子光譜)上的成功,甚至曾因解釋光電效應(yīng)獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。但他始終認(rèn)為,量子力學(xué)只是 “過(guò)渡理論”,而非 “終極理論”,未來(lái)必然會(huì)有更完善的理論,用確定的因果律取代概率性的描述。這種觀(guān)點(diǎn)雖然在當(dāng)時(shí)受到玻爾等量子力學(xué)支持者的反駁(玻爾曾多次與愛(ài)因斯坦論戰(zhàn),捍衛(wèi)量子力學(xué)的概率詮釋?zhuān)餐苿?dòng)了量子力學(xué)的發(fā)展 —— 正是這種 “質(zhì)疑與反駁”,讓物理學(xué)家們更深入地思考量子力學(xué)的本質(zhì),催生了隱變量理論、多世界詮釋等多種量子力學(xué)詮釋的出現(xiàn)。
如今,隨著量子力學(xué)的不斷發(fā)展,實(shí)驗(yàn)已多次驗(yàn)證了量子糾纏的 “超距作用”(如 2015 年的 “無(wú)漏洞貝爾實(shí)驗(yàn)”),否定了愛(ài)因斯坦的隱變量理論;不確定性原理也被證明是微觀(guān)世界的固有屬性,而非 “測(cè)量技術(shù)的局限”。但這并不意味著愛(ài)因斯坦的 “厭惡” 毫無(wú)意義 —— 他的質(zhì)疑,本質(zhì)上是對(duì) “科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性” 和 “客觀(guān)現(xiàn)實(shí)” 的堅(jiān)守,這種精神始終是科學(xué)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。正如玻爾所說(shuō):“愛(ài)因斯坦的反對(duì),對(duì)量子力學(xué)的完善至關(guān)重要。他的批評(píng)讓我們不得不更深入地思考理論的基礎(chǔ),避免陷入盲目自信?!?/p>
總結(jié)來(lái)說(shuō),愛(ài)因斯坦厭惡量子力學(xué)不確定性,核心是因?yàn)樗嵏擦怂吷叛龅?“確定性世界觀(guān)”—— 從因果律主導(dǎo)的客觀(guān)現(xiàn)實(shí),到科學(xué)可認(rèn)知宇宙的終極理想,量子力學(xué)的概率性與觀(guān)測(cè)依賴(lài)性,都與愛(ài)因斯坦的認(rèn)知體系產(chǎn)生了根本沖突。這種沖突并非 “對(duì)錯(cuò)之爭(zhēng)”,而是兩種科學(xué)思想、兩種世界觀(guān)的碰撞,它們共同推動(dòng)著人類(lèi)對(duì)宇宙本質(zhì)的探索。
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