爱因斯坦曾说过“宇宙是设计好的”,他为何要这样说?想表达什么意思?
爱因斯坦的这一言论,并非孤立存在,而是与他所处的时代背景以及科学发展的脉络紧密相连。
20 世纪初,物理学领域正经历着一场前所未有的变革,量子力学的兴起,如同一股汹涌的浪潮,冲击着传统物理学的根基。在这个全新的领域中,微观世界的物理规律与人们以往的认知大相径庭,许多现象无法用经典物理学的理论来解释。
1927 年和 1930 年,第五届和第六届索尔维会议相继召开,这两次会议成为了爱因斯坦与波尔关于量子力学争论的重要舞台。
爱因斯坦作为量子力学的奠基人之一,却对以波尔为首的哥本哈根学派所提出的不确定性原理持有强烈的质疑。在他看来,微观世界的物理规律不应是随机和不确定的,“上帝不会掷骰子”,他坚信宇宙中存在着一套确定的、可预测的规律,就如同精密的钟表,每一个齿轮的转动都遵循着既定的规则 。
爱因斯坦认为,世界是确定的,是可以描述的。
之所以会出现 “不确定性”,说明量子力学还不完备,很可能存在某种 “隐变量” 还没有被发现,而正是这些隐变量导致了量子世界的诡异现象出现。他以其卓越的智慧和深刻的洞察力,提出了一个又一个思想实验,试图证明量子力学的不确定性原理存在缺陷。
例如,在第五届索尔维会议上,爱因斯坦指出了波函数坍缩过程与相对论的不相容,这也是他第一次公开对量子力学发表意见。他认为,波函数的坍缩过程应该是一个连续的、可预测的过程,而不是瞬间发生的、随机的选择过程。
而波尔则针锋相对地回应,他强调观测者的观察在量子力学中的重要性,并提出了互补原理来解决量子力学中的矛盾。波尔认为,量子世界的不确定性是其固有属性,观测行为会对量子系统产生不可避免的干扰,从而导致波函数的坍缩。在他看来,微观粒子的行为既具有粒子性,又具有波动性,这两种性质是互补的,不能同时被观测到。
他们之间的争论,不仅仅是科学观点的碰撞,更是两种世界观的激烈交锋。爱因斯坦所坚持的,是一种机械决定论的观点,他相信宇宙的每一个事件都有其确定的原因和结果,一切都遵循着严格的因果律。而波尔所代表的哥本哈根学派,则主张量子概率论,认为微观世界的物理规律是基于概率的,存在着一定的随机性。
事实上,爱因斯坦所说的 “宇宙是设计好的”,并非是指存在一个超自然的设计者,按照某种既定的蓝图创造了宇宙。从本质上讲,他想表达的是宇宙万物的确定性和可描述性,这一观点也被称为 “决定论”。
在爱因斯坦的世界观中,宇宙就像一台精密的机器,每一个部件都按照特定的规律运转,每一个事件的发生都是前一个事件的必然结果。
他坚信,宇宙中存在着一套简洁而优美的物理定律,这些定律能够解释一切自然现象,从天体的运行到微观粒子的行为,无一例外。只要我们掌握了这些定律,并且了解了宇宙在某一时刻的状态,就能够准确地预测未来的发展,追溯过去的历史。
这种观点,与 18 世纪法国数学家拉普拉斯提出的 “拉普拉斯妖” 的概念不谋而合。拉普拉斯曾设想,假如有一个智者,能够知晓宇宙中所有粒子在某一时刻的位置和速度,并且掌握了所有的物理定律,那么他就能够预测宇宙在未来任何时刻的状态,也能够追溯宇宙在过去任何时刻的状态。
为了更直观地理解 “决定论” 和 “不确定性原理” 的差异,我们可以以投篮为例。在经典物理学的框架下,也就是按照 “决定论” 的观点,如果我们能够精确地控制投篮时的力度、角度,同时考虑到当时的风速、风向、空气湿度等环境因素对篮球的影响,那么我们就可以准确地预测篮球的运动轨迹,并且确保每次投篮都能命中。
这是因为,在这种情况下,篮球的运动是由一系列确定的物理因素决定的,只要我们掌握了这些因素,就能够掌握篮球的运动规律。
然而,根据量子力学的不确定性原理,微观世界的情况却截然不同。
在量子世界里,粒子的行为是不确定的,我们无法同时精确地确定一个粒子的位置和动量。例如,一个电子可能同时出现在多个位置,或者具有多个不同的动量,我们只能用概率来描述它在某个位置出现的可能性,或者具有某个动量的可能性。这种不确定性,并非是由于我们的观测手段不够精确,而是微观世界的本质属性。
再比如,在宏观世界中,我们可以确定一个物体的位置和速度,并且根据牛顿运动定律预测它在未来某个时刻的位置和速度。然而,在微观世界中,当我们试图测量一个粒子的位置时,我们的测量行为会对粒子的动量产生影响,反之亦然。
这就导致我们无法同时准确地知道粒子的位置和动量,只能用概率来描述它们的取值范围。这种不确定性,使得微观世界的物理规律与宏观世界的物理规律产生了巨大的差异,也让爱因斯坦等物理学家对量子力学的不确定性原理产生了深深的质疑。
能够看出,爱因斯坦所谓的“宇宙是设计好的”,其实更想表达的是世界是可预测的,可描述的,一定有一套大自然法则诠释万事万物的运动规律。