愛因斯坦犯過兩個(gè)最大的錯(cuò)誤,一個(gè)是他承認(rèn)的宇宙常數(shù)問題,另一個(gè)是他一起開創(chuàng),但卻愛恨交加反對(duì)了一輩子的量子力學(xué)。著名的愛因斯坦研究專家亞伯拉罕·帕斯在《愛因斯坦曾住在這里》一書中說就算1925年后,愛因斯坦改行釣魚以度過余生,這對(duì)科學(xué)來說也沒什么損失。下面來看偉大的愛因斯坦到底犯了多大錯(cuò),居然淪落到釣魚都沒啥影響? 關(guān)于宇宙常數(shù)牛頓開創(chuàng)的經(jīng)典力學(xué)時(shí)代曾經(jīng)有過300多年的輝煌,無數(shù)科學(xué)家為之努力與奮斗,拉普拉斯以此為基礎(chǔ)為其開啟經(jīng)典天體力學(xué),勒維耶以此計(jì)算發(fā)現(xiàn)了海王星,更有開爾文勛爵的大言不慚“未來的物理學(xué)只能在小數(shù)點(diǎn)后6位尋找存在”,普朗克導(dǎo)師建議他改行......但其實(shí)就像開爾文勛爵說的兩朵烏云,第一朵烏云出現(xiàn)在光的波動(dòng)理論上,第二朵烏云出現(xiàn)在關(guān)于能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論上,前者直接導(dǎo)致了狹義相對(duì)論的誕生,而后者則是開啟了量子力學(xué)的大門! 而愛因斯坦犯的錯(cuò)誤卻是在廣義相對(duì)論上,狹義相對(duì)論是集眾人大成,但廣相卻是愛因斯坦獨(dú)立思考的理論。1916年推出后首先就被用來解決1849年勒維耶發(fā)現(xiàn)的水星進(jìn)動(dòng)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(guī),還預(yù)言了光線彎曲! 但愛因斯坦將廣相應(yīng)用到宇宙學(xué)上推出廣相宇宙學(xué)卻是在光線彎曲驗(yàn)證之前的1917年,但他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可怕的事實(shí),因?yàn)閺V相宇宙學(xué)下的現(xiàn)代宇宙是動(dòng)態(tài)的,但當(dāng)時(shí)宇宙學(xué)的主流觀點(diǎn)卻是靜態(tài)的,偉大的愛因斯坦在此時(shí)退縮了,干了一件特別不符合愛因斯坦風(fēng)格的事,他在廣義相對(duì)論的引力場(chǎng)公式上加了個(gè)宇宙常數(shù),以讓宇宙處在靜態(tài)模式下。 但1922年弗里德曼通過假設(shè)各向同性得到了一個(gè)弗里德曼方程,在這個(gè)方程中宇宙常數(shù)可以消除,從而得到了一個(gè)膨脹的宇宙,而勒梅特在5年之后獨(dú)立得到了這個(gè)結(jié)果。更喪氣的是1929年哈勃通過觀測(cè)得到了一個(gè)膨脹的宇宙! 所以愛因斯坦說,加上宇宙常數(shù)是他一輩子犯過的最大的錯(cuò),但其實(shí)這并不是,還有一個(gè)他為之奮斗終身的錯(cuò)誤。 愛因斯坦是量子力學(xué)的開創(chuàng)者之一,但他也反對(duì)了一輩子量子力學(xué)普朗克在黑體輻射上試圖統(tǒng)一維恩公式和瑞利-金斯公式時(shí)創(chuàng)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后大獲成功,這是量子第一次以不連續(xù)的方式出現(xiàn)在世人面前! 大約5年后的1905年3月份,愛因斯坦發(fā)表了關(guān)于光電效應(yīng)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(dāng)然光電效應(yīng)最早應(yīng)該是赫茲首先發(fā)現(xiàn)的,可惜赫茲并沒有深究。 因此說愛因斯坦和普朗克兩人在二十世紀(jì)初為量子力學(xué)拉開了帷幕并不過分,但具有相當(dāng)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(jīng)典電磁理論和因果論不放,當(dāng)然絆腳石算不上,但愛因斯坦的反對(duì)造成了物理界對(duì)量子論認(rèn)知上的分裂,產(chǎn)生了極為深遠(yuǎn)的影響。
量子論的戰(zhàn)場(chǎng)最初是從光子開始的,但戰(zhàn)線最長(zhǎng),涉及范圍最廣的卻是在電子的戰(zhàn)場(chǎng)上,玻爾在1913年提出了量子化并不徹底的原子模型,從此開始了玻爾和愛因斯坦之間將近半個(gè)世紀(jì)的恩恩怨怨,其中最著名的當(dāng)然要算第五屆索爾維會(huì)議中,愛因斯坦和玻爾之間那個(gè)著名的爭(zhēng)吵“上帝不擲骰子”“愛因斯坦,你不要指揮上帝怎么做”。 背景:海森堡的矩陣力學(xué)和薛定諤的波動(dòng)方程的源頭都是經(jīng)典的哈密頓函數(shù),但矩陣力學(xué)的出發(fā)點(diǎn)是從粒子的運(yùn)動(dòng)方程,薛定諤則是從波動(dòng)方程出發(fā),不過薛定諤與泡利以及約爾當(dāng)都證明了兩者在數(shù)學(xué)體系上是完全等價(jià)的!這預(yù)示著什么,還有矩陣力學(xué)古怪的乘法交換律以及波動(dòng)方程中那個(gè)代表波函數(shù)的神秘希臘字母ψ,沒有人知道是什么! 波恩以敏銳的直覺發(fā)現(xiàn)了ψ的意義,它代表一種隨機(jī),一種概率,ψ的平方代表了電子在某個(gè)地點(diǎn)出現(xiàn)的“概率”。波動(dòng)方程或者說矩陣力學(xué)所能預(yù)言的只能是電子出現(xiàn)的概率,經(jīng)典物理的因果論,決定論就此破產(chǎn),物理進(jìn)入了概率時(shí)代! 1927年3月海森堡發(fā)表了著名的不確定性原理,即:電子的位置和它的動(dòng)量無法同時(shí)獲知。但再經(jīng)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。 因此玻爾在1927年的科莫會(huì)議上提出了互補(bǔ)原理:電子的波和粒子在同一時(shí)刻是互斥的,但它們?cè)诟叩膶哟紊鲜墙y(tǒng)一在一起的,電子的這一兩面被納入到一個(gè)整體中(當(dāng)時(shí)仍不完備),但比較可惜的是愛因斯坦和薛定諤都未能出席:
在第五屆索爾維會(huì)議上玻爾正式提出了著名的互補(bǔ)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(gòu)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里發(fā)生了。愛因斯坦認(rèn)為ψ的幾率分布暗示了一種超距作用,違背了相對(duì)論的信息傳遞不能超過光速的限制。愛因斯坦對(duì)因果論有著無比虔誠(chéng)的信仰,他堅(jiān)決不相信哥本哈根詮釋中的三個(gè)核心描述,特別是概率解釋,簡(jiǎn)直令人不可接受。 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(duì)上帝的昵稱,但此時(shí)他將這句話又?jǐn)S地有聲的對(duì)玻爾說道,但玻爾回敬毫不客氣:“愛因斯坦,別去指揮上帝應(yīng)該怎么做!” 愛因斯坦在反對(duì)量子論的道路上是鑒定的,他不遺余力的提出各種思想實(shí)驗(yàn),在第六屆索爾維會(huì)議上提出了神秘光箱實(shí)驗(yàn),不過毫無懸念的被玻爾用愛因斯坦的廣義相對(duì)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(fā)表論文《量子力學(xué)對(duì)物理實(shí)在的描述可能是完備的嗎?》提出了一個(gè)著名的思想實(shí)驗(yàn),一個(gè)不穩(wěn)定的大粒子衰變成兩個(gè)關(guān)聯(lián)的左右自旋的小粒子,根據(jù)守恒定律,那么在遙遠(yuǎn)宇宙的兩端,它們將會(huì)出現(xiàn)超距聯(lián)系作用,出現(xiàn)違背相對(duì)論原理的超光速信號(hào)傳遞。這就是著名EPR佯謬。 ![]() 當(dāng)然玻爾認(rèn)為,在觀測(cè)之前,它們?nèi)匀惶幵诏B加狀態(tài),無論它們身處何處,因此在觀測(cè)時(shí)候坍縮成左旋或者右旋根本不會(huì)出現(xiàn)所謂的瞬間傳遞信息的可能, ![]() 不過愛因斯坦并未就此就向玻爾屈服,但當(dāng)時(shí)也無法驗(yàn)證,不過在1953年,英國(guó)物理學(xué)家D·玻姆同樣認(rèn)為哥本哈根詮釋對(duì)物理實(shí)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(jié)果大都是否定的。 ![]() 如果各位有興趣,也可以去了解下1982年巴黎奧賽光學(xué)研究所的阿斯派克特的實(shí)驗(yàn),這個(gè)實(shí)驗(yàn)徹底證明了EPR只是一個(gè)佯謬,愛因斯坦徹底失敗了。 當(dāng)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回歸經(jīng)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(rèn)為愛因斯坦是量子物理最大的絆腳石,但他的老對(duì)手玻爾并不怎么認(rèn)為:愛因斯坦讓量子論更加完備! 愛因斯坦錯(cuò)了嗎?大家應(yīng)該各有評(píng)判! |
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