新知 | 上帝不擲骰子:被誤解了的愛因斯坦

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大部分科普愛好者,或許都聽過這樣一句話:

上帝不擲骰子!

沒錯,這是愛因斯坦說過的一句名言。

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大多數人都以這句話作為愛因斯坦反對量子理論的證據,其實不然,事實遠比我們看到的複雜。

誰締造了量子理論

1905年愛因斯坦提出光量子理論,指出光波實際上是一系列的粒子,稱為光子,光有時像波相互干擾,有時像粒子與物質交換能量。他最先提出了波粒二象性,又是第一個試圖建立一個新的電子和力學理論來將它們接合起來的人。愛因斯坦還提出了固體比熱的量子理論、光電效應理論,他還通過光量子研究輻射,通過比熱研究原子力學。他還提出了量子理論的許多概念性支柱,如自發發射、輻射能的空間量子性質,他以完美的量子形式推導普朗克定律,提出光量子的“鬼場”概念來解釋光粒子表現的與波相關的干涉性。另外,他還發現了新的數學工具——拓撲不變性,提出了量子混沌理論。

1905年愛因斯坦提出光量子理論,指出光波實際上是一系列的粒子,稱為光子,光有時像波相互干擾,有時像粒子與物質交換能量。他最先提出了波粒二象性,又是第一個試圖建立一個新的電子和力學理論來將它們接合起來的人。愛因斯坦還提出了固體比熱的量子理論、光電效應理論,他還通過光量子研究輻射,通過比熱研究原子力學。他還提出了量子理論的許多概念性支柱,如自發發射、輻射能的空間量子性質,他以完美的量子形式推導普朗克定律,提出光量子的“鬼場”概念來解釋光粒子表現的與波相關的干涉性。另外,他還發現了新的數學工具——拓撲不變性,提出了量子混沌理論。

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後人發展的量子理論都受到愛因斯坦的啟發和影響。例如,薛定諤的巔峰之作波動方程是建立在愛因斯坦和德布羅意洞察力的基礎上。海森堡用矩陣力學建立了一種新的量子力學,後來在愛因斯坦的啟發下提出不確定性原理。玻色-愛因斯坦凝聚現象成為了現代凝聚態物理學的基礎。愛因斯坦提到的量子理論暗示了“遠距離幽靈行為”,這種現在被稱為“糾纏”的效應形成了量子信息科學的基礎,這也是愛因斯坦的一個重大貢獻。

綜上所述,說

愛因斯坦是量子理論的鼻祖、量子理論的開創者一點也不過分。

上帝擲骰子嗎?

愛因斯坦和玻爾之間對量子力學的爭論,是20世紀最著名的學術爭論。而爭論的重點在於量子力學的核心“非決定論”或“不確定性”。1927年,第五屆索爾維會議上,以玻爾為代表的哥本哈根派(所謂“正統”量子力學派)與以愛因斯坦為首的“保守派”(所謂“非正統”量子力學學派),展開了激烈的辯論,這場辯論是愛因斯坦與玻爾的第一次正面交鋒,雙方各執一詞,互放大招。

六天的會議火花四濺,異常激烈。然後,這場辯論愛因斯坦屢戰屢敗,屢敗屢戰,最後惱羞成怒的愛因斯坦對玻爾拋下了一句物理學名言:上帝不擲骰子!對此,玻爾也豁了出去,毫不留情地回嗆了愛因斯坦另外一句物理學名言:別去指揮上帝應該做什麼!

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許多人想當然地把愛因斯坦的這句話作為他反對量子理論的證據。然而多年以來,許多歷史學家、哲學家和物理學家都對這個故事提出了新的看法。深入研究愛因斯坦所說的原話之後,他們發現愛因斯坦關於非決定論的思考遠比大多數人認為的更激進,也更細緻入微。

“正確理解這件事情成為我們的一項使命,”美國聖母大學的歷史學家唐·A·霍華德(Don A. Howard)說,“深入發掘文獻資料以後,我們看到事實與一般敘述截然不同,這令人吃驚。”

後人的一些研究證明,愛因斯坦其實承認了量子力學的非決定性——理應如此,因為就是他發現了量子力學中的非決定論。而他所不能接受的是,非決定論是大自然的基本原則。直到愛因斯坦臨死前,他都在為完善量子理論,尋求一種能夠涵蓋所有大自然基本原則的大統一理論而努力。

相對論的100倍

人們通常認為愛因斯坦的主要貢獻是相對論,而量子理論則屬於另一批科學家,如普朗克、玻爾、薛定諤、海森堡等。但正如前文所述,愛因斯坦為量子理論的締造以及發展做出了突出的貢獻和成就,並傾其一生。

我對量子問題的思考是相對論的一百倍!

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這是愛因斯坦對他的朋友諾貝爾獎獲得者奧托·斯特恩所說的。

愛因斯坦不應該被誤解

愛因斯坦對量子理論所做的貢獻遠比我們想象和了解到的要多,這不是人們可以從任何流行的愛因斯坦傳記中能夠提煉出來的觀點,大多數有關愛因斯坦的圖書的重點都在愛因斯坦的生平和相對論上。而唯獨機械工業出版社出版的

《愛因斯坦與量子理論》一書例外。

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由機械工業出版社出版的《愛因斯坦與量子理論》一書,完美詮釋了愛因斯坦對量子理論貢獻的全部意義,生動講述了愛因斯坦值得獲四個諾貝爾獎的背後故事。

這本書一經面世即榮獲《物理世界》年度十大好書、《今日物理》年度五大好書、美國大學優等生協會(PBK)科學圖書獎、《選擇》年度優秀學術著作、《科學星期五》年度好書、《科學美國人》年度好書、《泰晤士高等教育增刊》年度好書

等榮譽。

《愛因斯坦與量子理論》會是偉大的愛因斯坦拼圖中不可或缺的一塊!

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