愛因斯坦改行去釣魚,對科學也沒什麼損失,他這是犯了多大錯誤?

愛因斯坦犯過兩個最大的錯誤,一個是他承認的宇宙常數問題,另一個是他一起開創,但卻愛恨交加反對了一輩子的量子力學。著名的愛因斯坦研究專家亞伯拉罕·帕斯在《愛因斯坦曾住在這裡》一書中說就算1925年後,愛因斯坦改行釣魚以度過餘生,這對科學來說也沒什麼損失。下面來看偉大的愛因斯坦到底犯了多大錯,居然淪落到釣魚都沒啥影響?

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關於宇宙常數

牛頓開創的經典力學時代曾經有過300多年的輝煌,無數科學家為之努力與奮鬥,拉普拉斯以此為基礎為其開啟經典天體力學,勒維耶以此計算發現了海王星,更有開爾文勳爵的大言不慚“未來的物理學只能在小數點後6位尋找存在”,普朗克導師建議他改行……但其實就像開爾文勳爵說的兩朵烏雲,第一朵烏雲出現在光的波動理論上,第二朵烏雲出現在關於能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論上,前者直接導致了狹義相對論的誕生,而後者則是開啟了量子力學的大門!

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而愛因斯坦犯的錯誤卻是在廣義相對論上,狹義相對論是集眾人大成,但廣相卻是愛因斯坦獨立思考的理論。1916年推出後首先就被用來解決1849年勒維耶發現的水星進動問題,完美解決!而史瓦西拿它解出了天體坍縮成黑洞的史瓦西度規,還預言了光線彎曲!

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廣義相對論描繪的宇宙

但愛因斯坦將廣相應用到宇宙學上推出廣相宇宙學卻是在光線彎曲驗證之前的1917年,但他發現了一個可怕的事實,因為廣相宇宙學下的現代宇宙是動態的,但當時宇宙學的主流觀點卻是靜態的,偉大的愛因斯坦在此時退縮了,幹了一件特別不符合愛因斯坦風格的事,他在廣義相對論的引力場公式上加了個宇宙常數,以讓宇宙處在靜態模式下。

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但1922年弗裡德曼通過假設各向同性得到了一個弗裡德曼方程,在這個方程中宇宙常數可以消除,從而得到了一個膨脹的宇宙,而勒梅特在5年之後獨立得到了這個結果。更喪氣的是1929年哈勃通過觀測得到了一個膨脹的宇宙!

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所以愛因斯坦說,加上宇宙常數是他一輩子犯過的最大的錯,但其實這並不是,還有一個他為之奮鬥終身的錯誤。

愛因斯坦是量子力學的開創者之一,但他也反對了一輩子量子力學

普朗克在黑體輻射上試圖統一維恩公式和瑞利-金斯公式時創立了量子這一概念,他將量子化的概念引入他拼湊出的公式中後大獲成功,這是量子第一次以不連續的方式出現在世人面前!

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大約5年後的1905年3月份,愛因斯坦發表了關於光電效應的論文,從光量子的角度闡述了光量子在金屬表面轟擊出電子的過程,當然光電效應最早應該是赫茲首先發現的,可惜赫茲並沒有深究。

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因此說愛因斯坦和普朗克兩人在二十世紀初為量子力學拉開了帷幕並不過分,但具有相當諷刺意味的是,這兩位偉大的量子論鼻祖在量子化這一概念上非常不徹底,仍然還抱著過去的麥克斯韋經典電磁理論和因果論不放,當然絆腳石算不上,但愛因斯坦的反對造成了物理界對量子論認知上的分裂,產生了極為深遠的影響。

  • 上帝不擲骰子

量子論的戰場最初是從光子開始的,但戰線最長,涉及範圍最廣的卻是在電子的戰場上,玻爾在1913年提出了量子化並不徹底的原子模型,從此開始了玻爾和愛因斯坦之間將近半個世紀的恩恩怨怨,其中最著名的當然要算第五屆索爾維會議中,愛因斯坦和玻爾之間那個著名的爭吵“上帝不擲骰子”“愛因斯坦,你不要指揮上帝怎麼做”。

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背景:海森堡的矩陣力學和薛定諤的波動方程的源頭都是經典的哈密頓函數,但矩陣力學的出發點是從粒子的運動方程,薛定諤則是從波動方程出發,不過薛定諤與泡利以及約爾當都證明了兩者在數學體系上是完全等價的!這預示著什麼,還有矩陣力學古怪的乘法交換律以及波動方程中那個代表波函數的神秘希臘字母ψ,沒有人知道是什麼!

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波恩以敏銳的直覺發現了ψ的意義,它代表一種隨機,一種概率,ψ的平方代表了電子在某個地點出現的“概率”。波動方程或者說矩陣力學所能預言的只能是電子出現的概率,經典物理的因果論,決定論就此破產,物理進入了概率時代!

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1927年3月海森堡發表了著名的不確定性原理,即:電子的位置和它的動量無法同時獲知。但再經典也無法描述出電子的波粒二象性,不確定性原理只是從粒子的角度去考慮了電子的行為。

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因此玻爾在1927年的科莫會議上提出了互補原理:電子的波和粒子在同一時刻是互斥的,但它們在更高的層次上是統一在一起的,電子的這一兩面被納入到一個整體中(當時仍不完備),但比較可惜的是愛因斯坦和薛定諤都未能出席:

玻爾在科莫會議上以《量子公設和原子論的最近發展》的演講第一次闡述了波-粒的二象性,用互補原理詳盡地闡明我們對待原子尺度世界的態度。他強調了觀測的重要性,聲稱完全獨立和絕對的測量是不存在的。

在第五屆索爾維會議上玻爾正式提出了著名的互補原理,和波恩的概率解釋,海森堡的不確定性原理,三者共同構成了量子論中著名的“哥本哈根詮釋”核心。而愛因斯坦和玻爾的第一次正面交鋒也在這裡發生了。愛因斯坦認為ψ的幾率分佈暗示了一種超距作用,違背了相對論的信息傳遞不能超過光速的限制。愛因斯坦對因果論有著無比虔誠的信仰,他堅決不相信哥本哈根詮釋中的三個核心描述,特別是概率解釋,簡直令人不可接受。

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老頭子不擲骰子,這是愛因斯坦在1926年寫給波恩的信中如是說道,老頭子是愛因斯坦對上帝的暱稱,但此時他將這句話又擲地有聲地對玻爾說道,但玻爾回敬毫不客氣:“愛因斯坦,別去指揮上帝應該怎麼做!”

愛因斯坦在反對量子論的道路上是鑑定的,他不遺餘力地提出各種思想實驗,在第六屆索爾維會議上提出了神秘光箱實驗,不過毫無懸念地被玻爾用愛因斯坦的廣義相對論所擊敗,不死心的愛因斯坦又在1935年和同事波多爾斯基和羅森一起發表論文《量子力學對物理實在的描述可能是完備的嗎?》提出了一個著名的思想實驗,一個不穩定的大粒子衰變成兩個關聯的左右自旋的小粒子,根據守恆定律,那麼在遙遠宇宙的兩端,它們將會出現超距聯繫作用,出現違背相對論原理的超光速信號傳遞。這就是著名EPR佯謬。

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EPR佯謬

當然玻爾認為,在觀測之前,它們仍然處在疊加狀態,無論它們身處何處,因此在觀測時候坍縮成左旋或者右旋根本不會出現所謂的瞬間傳遞信息的可能,

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貝爾不等式

不過愛因斯坦並未就此就向玻爾屈服,但當時也無法驗證,不過在1953年,英國物理學家D·玻姆同樣認為哥本哈根詮釋對物理實在的解釋是不完備的,從而提出了隱變量理論,1965年貝爾在波姆的隱變量理論上提出了著名的貝爾不等式,但從1970年代至今,貝爾不等式給出的結果大都是否定的。

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貝爾不等式實驗驗證示意圖

如果各位有興趣,也可以去了解下1982年巴黎奧賽光學研究所的阿斯派克特的實驗,這個實驗徹底證明了EPR只是一個佯謬,愛因斯坦徹底失敗了。

當然愛因斯坦早已在1955年去世,不過愛因斯坦到死也未能改變他試圖將物理迴歸經典面目的努力,這也許是他一輩子的遺憾,但這是量子物理的勝利。有很多人認為愛因斯坦是量子物理最大的絆腳石,但他的老對手玻爾並不怎麼認為:愛因斯坦讓量子論更加完備!

愛因斯坦錯了嗎?大家應該各有評判!


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