无数代人追寻着“宇宙、生命与万物”的终极答案,许多人毕生追求,却似乎始终没有满意的答案。提到二十世纪最著名的科学家,我们肯定会想到爱因斯坦。有种流言说,爱因斯坦认为“宇宙是预先设计好的”。
实际上,细查爱因斯坦的言论,他并未说过这样的话。尽管如此,爱因斯坦确实有类似的说法,而且这句话成为了科学史上最著名的格言之一:“上帝不会掷骰子。”
你可能会有疑问,为何“宇宙是预先设计好的”与“上帝不会掷骰子”被视为相似的言论?
实际上,在爱因斯坦说出这句话之后,物理学家波尔曾回应说:“爱因斯坦,你不要指挥上帝该怎么做。”
这句话发生在一次著名的学术会议——索尔维会议上。这次会议集结了二十世纪最杰出的物理学家。这些物理学家分成了三派:一派是由爱因斯坦领导,反对量子力学的;一派是以波尔为首,支持量子力学的哥本哈根学派;还有一派保持中立,比如居里夫人。
二十世纪初,物理学领域出现了两大难题,被称为“乌云”:“黑体辐射”和“以太”。这两大难题最终催生出了相对论和量子力学,成为现代物理学的两大基石。然而,在量子力学领域,却出现了前所未有的局面。
原本是量子力学奠基者的爱因斯坦和薛定谔等人,后来却站到了量子力学的对立面,质疑其“完备性”。由此引发了一场学术界持续百年的论战,这场论战的焦点在于:上帝是否掷骰子?换句话说,就是微观世界的物理规律是否真的是随机的?
为了理解这个问题,我们需要先明白量子力学到底讲了什么。
量子力学描述了微观世界的物理规律。以“电子”为例,所有物质都由原子组成,而原子由原子核和核外电子构成。核外电子如何运动?
这是物理学家们极为关心的问题。有科学家认为,核外电子围绕原子核做匀速圆周运动,但根据电磁学理论,电子最终应该落入原子核中,这与实际观察不符。
后来,物理学家海森堡提出了著名的不确定性原理。他认为,我们无法像描述宏观物体那样精确描述微观粒子,粒子具有不确定性,只能用概率来描述。例如,电子在原子核外的运动应该呈现为概率云。
海森堡的理论与实际实验观测高度吻合。但它也带来了一个大问题,即电子的“随机性”与当时科学界的主流世界观相冲突。当时的主流世界观是怎样的?
科学界有“四大神兽”之说,其中之一便是拉普拉斯妖。著名天体物理学家、数学家拉普拉斯曾提出,如果有一个“智者”(拉普拉斯妖),掌握了宇宙中所有粒子在某一时刻的位置和动量信息,并了解所有宇宙规律,那么他就可以预测任意时刻宇宙中所有粒子的变化。
也就是说,拉普拉斯认为存在一个终极规律,可以解释一切现象。根据拉普拉斯的观点,“宇宙是被设计好的”,并按照这些终极规律变化。爱因斯坦、薛定谔等人支持这一观点。
但是,量子力学的随机性似乎打破了这一看法。这也是爱因斯坦反对量子力学的核心所在。他用“上帝掷骰子”来讽刺随机性的荒谬性,这里的“上帝”指的是“终极规律”。波尔等人则认为量子力学中的“随机性”是合理的。
那么,谁对谁错?
科学不仅仅是争论的学问,不管爱因斯坦和波尔的声望如何,“谁对谁错”最终要靠实验来证明。一百多年来,科学家通过无数实验来验证量子力学。实验越多,我们越发现波尔领导的哥本哈根学派所支持的量子力学与现实更为吻合,因此量子力学成为了主流科学理论。因此,在这场百年论战中,波尔胜出。而他的胜利也让我们认识到,“宇宙并不是预先设计好的”,上帝的确是掷骰子的。
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