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一場(chǎng)持續(xù)了91年的爭(zhēng)論:到底應(yīng)該如何解釋量子力學(xué)?

 taotao_2016 2019-01-27

      是或者不是?1920年,阿爾伯特·愛(ài)因斯坦和尼爾斯·波爾參加在比利時(shí)布魯塞爾舉行的索威會(huì)議。


      愛(ài)因斯坦(Albert Einstein)在 1926年12月寫(xiě)道,這個(gè)理論產(chǎn)生了很多成果,但對(duì)于破解舊理論的秘密并沒(méi)有太大幫助?!盁o(wú)論如何,我相信他(上帝)有他的道理?!?/p>


      愛(ài)因斯坦這是在回復(fù)德國(guó)物理學(xué)家馬克斯·伯恩的一封信。伯恩認(rèn)為,量子力學(xué)新理論的核心是隨機(jī)而不確定的跳動(dòng),就像患了心律失常一樣。在量子物理學(xué)出現(xiàn)之前,物理學(xué)的研究一直在圍繞我們?cè)谧鯝的時(shí)候就可以得出結(jié)果B這種模式,而新的量子力學(xué)似乎在說(shuō),當(dāng)我們做A的時(shí)候,我們只會(huì)有一定的概率得到B,在某些情況下,我們可能會(huì)得到另一個(gè)結(jié)果。


      但愛(ài)因斯坦全都不信,在過(guò)去幾十年里,他認(rèn)為上帝創(chuàng)造宇宙的時(shí)候并不是隨意的這個(gè)觀點(diǎn)一直在回響,就像E = mc2這條公式一樣熟悉,但在含義上卻難以捉摸。愛(ài)因斯坦這么說(shuō)的意思是什么?愛(ài)因斯坦對(duì)上帝的想法是什么?


      赫爾曼和波林·愛(ài)因斯坦(阿爾伯特·愛(ài)因斯坦的雙親)都是不善于觀察的德系猶太人。盡管父母信奉世俗主義,但當(dāng)時(shí)只有九歲的阿爾伯特·愛(ài)因斯坦還是以相當(dāng)大的熱情發(fā)現(xiàn)并信奉了猶太教,有一段時(shí)間,他曾經(jīng)是一個(gè)盡職盡責(zé)、善于觀察的猶太人。按照猶太人的習(xí)慣,愛(ài)因斯坦的父母每周都會(huì)邀請(qǐng)一位貧窮的學(xué)者與他們共進(jìn)晚餐,而貧窮的醫(yī)學(xué)院學(xué)生馬克斯·塔木德(Max Talmud,后來(lái)改為T(mén)almey)則讓年幼且易受影響的愛(ài)因斯坦了解了數(shù)學(xué)和科學(xué),愛(ài)因斯坦讀完了艾倫·伯恩斯坦(Aaron Bernstein)所有21卷引人入勝的自然科學(xué)暢銷(xiāo)書(shū)(Popular Books on Natural Science )(1880年)之后,塔木德將他引向伊曼努爾康德(Immanuel Kant)的《純粹理性批判》(critical of Pure Reason, 1781年),隨后他又轉(zhuǎn)向了大衛(wèi)休謨(David Hume)的哲學(xué)。休謨之后,愛(ài)因斯坦的眼光又落在了奧地利物理學(xué)家恩斯特·馬赫(Ernst Mach)上,這是相對(duì)較短的一步。馬赫尖銳的經(jīng)驗(yàn)主義、“眼見(jiàn)為實(shí)”的哲學(xué)主張,要求徹底拋棄形而上學(xué),包括絕對(duì)空間和時(shí)間的概念,以及原子的存在。

      但這段學(xué)術(shù)之旅無(wú)情地暴露了科學(xué)與圣經(jīng)之間的沖突。12歲的愛(ài)因斯坦開(kāi)始反抗,他對(duì)原本將伴隨他一生的有組織宗教教條產(chǎn)生了強(qiáng)烈的反感,這種反感延伸到所有形式的獨(dú)裁主義上,包括有任何教條的無(wú)神論。


      這種年輕的、沉重的經(jīng)驗(yàn)主義哲學(xué)在大約在14年后對(duì)愛(ài)因斯坦大有裨益。馬赫對(duì)絕對(duì)空間和時(shí)間的排斥,幫助愛(ài)因斯坦塑造了狹義相對(duì)論(包括標(biāo)志性的等式E = mc2)。1905年,他在伯爾尼的瑞士專(zhuān)利局(Swiss Patent Office)擔(dān)任“三級(jí)技術(shù)專(zhuān)家”期間,提出了狹義相對(duì)論。十年后,愛(ài)因斯坦提出了廣義相對(duì)論,用彎曲的時(shí)空代替了引力,完成了我們對(duì)時(shí)空認(rèn)識(shí)的轉(zhuǎn)變。但隨著年齡的增長(zhǎng)(和智慧的增長(zhǎng)),他開(kāi)始反對(duì)馬赫激進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)主義,并曾宣稱(chēng)“馬赫在力學(xué)方面有多優(yōu)秀,那他在哲學(xué)方面就有多糟糕”。


      隨著時(shí)間的推移,愛(ài)因斯坦逐漸形成了一個(gè)更加現(xiàn)實(shí)的立場(chǎng)。他更愿意實(shí)事求是地接受科學(xué)理論的內(nèi)容,把它作為客觀物理現(xiàn)實(shí)偶然的“真實(shí)”表現(xiàn)。盡管他不想成為宗教的一部分,但他從與猶太教的短暫接觸中獲得對(duì)上帝的信仰,成為了他構(gòu)建哲學(xué)的基礎(chǔ)。當(dāng)被問(wèn)及他現(xiàn)實(shí)主義立場(chǎng)的基礎(chǔ)時(shí),他解釋說(shuō):“對(duì)于這種對(duì)現(xiàn)實(shí)理性特征的信任,以及它至少在某種程度上對(duì)人類(lèi)理性的可及性,我認(rèn)為沒(méi)有比‘信仰’一詞更好的表達(dá)了?!?/p>


      但是愛(ài)因斯坦是哲學(xué)之神,而不是宗教之神。許多年后,當(dāng)被問(wèn)及他是否相信上帝時(shí),他回答說(shuō):“我相信斯賓諾莎的上帝,他存在于一切存在事物的有序和諧中,而不是一個(gè)關(guān)心人類(lèi)命運(yùn)和行為的上帝。”與艾薩克·牛頓(Isaac Newton)和戈特弗里德·萊布尼茨(Gottfried Leibniz)同時(shí)代的巴魯克·斯賓諾莎(Baruch Spinoza)認(rèn)為上帝與自然是相同的,因此,他被認(rèn)為是一個(gè)危險(xiǎn)的異教徒,并被逐出阿姆斯特丹的猶太社區(qū)。


      愛(ài)因斯坦的上帝是無(wú)限優(yōu)越的,但他也是客觀的,無(wú)形的,微妙的,沒(méi)有惡意的,同時(shí)他也是一個(gè)堅(jiān)定的決定論者。在愛(ài)因斯坦看來(lái),上帝的“有序和諧”是通過(guò)嚴(yán)格遵守因果的物理原則在宇宙中建立起來(lái)的。因此,愛(ài)因斯坦的哲學(xué)中沒(méi)有自由意志的空間:“無(wú)論是開(kāi)始還是結(jié)束,一切都是由我們無(wú)法控制的力量決定的,……一個(gè)看不見(jiàn)的演奏者在遠(yuǎn)處吟誦,而我們都會(huì)隨著他神秘的旋律起舞?!?/p>


      狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論為我們對(duì)空間和時(shí)間以及它們與物質(zhì)和能量的相互作用提供了一種全新的認(rèn)識(shí)方式。這些理論與愛(ài)因斯坦的上帝所建立的“有序和諧”是完全一致的。但是,愛(ài)因斯坦在1905年幫助創(chuàng)立的量子力學(xué)新理論呈現(xiàn)的卻是另外一個(gè)情況。量子力學(xué)是在空間和時(shí)間的被動(dòng)背景下,在原子和分子尺度上,研究涉及物質(zhì)和輻射的相互作用。


    1926年早些時(shí)候,奧地利物理學(xué)家歐文·薛定諤(Erwin Schrodinger)從根本上改變了這一理論,將其表述為相當(dāng)晦澀的“波函數(shù)”。薛定諤本人更傾向于現(xiàn)實(shí)地將這些現(xiàn)象描述為“物質(zhì)波”。但是,在丹麥物理學(xué)家尼爾斯·玻爾(Niels Bohr)和德國(guó)物理學(xué)家維爾納·海森堡(Werner Heisenberg)的大力推動(dòng)下,一種共識(shí)正在形成,即新的量子表示不應(yīng)該太過(guò)字面。


      本質(zhì)上,玻爾和海森堡認(rèn)為,科學(xué)最終開(kāi)始要解決哲學(xué)家們數(shù)百年來(lái)一直在警告的現(xiàn)實(shí)描述中涉及的概念問(wèn)題。波爾說(shuō):“量子世界并不存在,有的只是一個(gè)抽象的量子物理描述。如果你認(rèn)為物理學(xué)的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)自然是怎樣的,那么你就錯(cuò)了。物理學(xué)關(guān)注的是我們能了解自然的什么?!焙Iね膺@種模糊的實(shí)證主義觀點(diǎn):“我們必須記住,我們觀察到的不是自然本身,而是暴露在我們質(zhì)疑方法下的自然?!彼麄儚V泛的反現(xiàn)實(shí)主義的“哥本哈根解釋”(否認(rèn)波函數(shù)代表了量子系統(tǒng)的真實(shí)物理狀態(tài))很快就成為量子力學(xué)的主流思維方式。這種反現(xiàn)實(shí)主義解釋的最新衍生解釋表明,波函數(shù)只是一種“編碼”我們的經(jīng)驗(yàn)、或者我們從物理經(jīng)驗(yàn)中獲得主觀信念的方式,使我們能夠利用過(guò)去所學(xué)的東西來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)。


      但這與愛(ài)因斯坦的哲學(xué)完全不一致。愛(ài)因斯坦不能接受這樣的一種解釋?zhuān)床ê瘮?shù)的主要表示對(duì)象不是“真實(shí)的”。他無(wú)法接受他的上帝會(huì)允許“有序和諧”在原子尺度上如此徹底地瓦解,帶來(lái)無(wú)法無(wú)天的不確定性,其后果不能完全、明確地從其原因中預(yù)測(cè)出來(lái)。


      就這樣,玻爾和愛(ài)因斯坦在量子力學(xué)的解釋上針?shù)h相對(duì),為成為整個(gè)科學(xué)史上最引人注目的辯論之一奠定了基礎(chǔ)。這是兩種哲學(xué)的沖突,這是兩套相互沖突的形而上學(xué)偏見(jiàn),這些形而上學(xué)的偏見(jiàn)關(guān)于現(xiàn)實(shí)的本質(zhì),以及我們可以對(duì)科學(xué)的表現(xiàn)抱著怎樣的期待。這場(chǎng)辯論開(kāi)始于1927年,雖然辯論的主角現(xiàn)在已經(jīng)不在我們身邊,但這場(chǎng)辯論仍然十分活躍,并且還沒(méi)有得到解決。


      我不認(rèn)為愛(ài)因斯坦會(huì)對(duì)此感到特別驚訝。1954年2月,也就是他去世前14個(gè)月,他在給美國(guó)物理學(xué)家大衛(wèi)·波姆(David Bohm)的一封信中寫(xiě)道:“如果上帝創(chuàng)造了世界,他的首要任務(wù)當(dāng)然不是讓我們更容易理解它?!?/p>


來(lái)源:維基百科

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