爱因斯坦曾说过“上帝不会掷骰子”,或许他真的错了!

宇宙时空探索 2025-03-23 18:31:37

在科学界,爱因斯坦的伟大毋容置疑。

他提出了相对论等一系列具有划时代意义的理论,彻底改变了人类对宇宙的认知。

然而,在量子力学这一领域,爱因斯坦却陷入了一场激烈的争论,他那句 “上帝不会掷骰子” 的名言,成为了科学史上一段令人深思的故事。

故事要从 1927 年的第五届索维尔会议说起。

这堪称人类历史上最伟大的合影之一,照片中汇集了当时世界上最顶尖的科学家。在这次会议上,上演了一场两大派别的激烈辩论,代表人物分别是爱因斯坦和玻尔。

爱因斯坦秉持着实在论,坚信 “世界是可认知的”,而玻尔则认为 “世界是不确定的,不可认知,只能用概率去描述”。爱因斯坦提出 “上帝不会掷骰子”,以此反驳玻尔关于世界不确定性的观点。

在日常生活中,我们凭借经验感知到的世界似乎是确定且可认知的。

当一辆小汽车从身边疾驰而过,依据相关物理法则,综合考虑汽车的速度、方向、摩擦力、大气阻力等因素,便能确定它在某一时刻的位置。

这种确定性,让天文学家得以准确预知日食月食的发生,依据已知的自然法则预测未来的天文现象。然而,彩票中奖结果、掷骰子这类事件却难以预测。

但实际上,彩票和掷骰子并非真正意义上的随机行为。

以彩票摇奖为例,若能精确掌控摇奖球每时每刻的运动状态,包括受力点、摩擦力、空气阻力,甚至温度湿度等所有相关因素,从理论上讲,是能够准确预测出摇奖结果的。

天气预报难以做到完全准确,也是因为每个空气分子的运动过于复杂,难以精确预测。但从理论层面,只要能掌握每个空气分子的运动情况,天气预报就能达到完全准确。这种观点,便是爱因斯坦提出的 “决定论”,通俗来讲,就是万物的运行皆有规律可循。

基于此,爱因斯坦认为微观粒子的运动行为同样有规律可依,我们之所以觉得微观粒子的运动是随机的,只是因为尚未真正发现并掌握其运动规律,是知识的匮乏或者技术的落后,造成了 “微观粒子行为随机” 的假象。

与之相对的是,玻尔所代表的 “哥本哈根学派” 提出了微观世界的 “不确定性” 理论。

按照这一理论,微观粒子的运动是真正随机的事件,这种随机并非源于我们的观测方式或知识水平,而是量子世界内在的固有属性。

也就是说,无论科技多么发达,我们都无法预测微观粒子的运行轨迹,只能用概率来描述。海森堡提出的不确定性原理更是为此提供了有力支撑,该原理表明,我们永远无法同时获取微观粒子的准确位置和速度(动量),位置的不确定性与速度的不确定性乘积必须不小于一个常数 h/4π。

不仅如此,时间和能量也存在类似关系,时间的不确定性与能量的不确定性乘积同样不小于 h/4π。这意味着,只要时间足够短,任何事情都有可能发生,因为能量是不确定的,即任何可能发生的事情都会发生,只是发生几率有所不同。

从历史的发展脉络来看,爱因斯坦的决定论并非无本之木。机械决定论早在 17 - 18 世纪便流行于西欧,其思想根源可追溯到古希腊哲学家德谟克利特,他认为 “一切事物的始基是原子和虚空,原子的涡旋运动是一切事物形成的原因”。

在当时,经典力学的巨大成功使得人们坚信,宇宙间的一切事物原则上都可以用机械力学的方法加以解释和预测。

这种观念在拉普拉斯的表述中达到了极致,他认为如果有一个 “恶魔” 能够知晓宇宙中所有粒子的位置和速度,那么它就能准确预测宇宙的过去和未来。这种机械决定论只承认自然界的因果性、必然性,否认偶然性;只承认客观规律性,否认人的主观能动性,简单地将社会发展归结为机械力学联系,否认社会领域的规律性。

然而,随着科学的不断进步,量子力学的发展对机械决定论发起了挑战。

1850 年克劳修斯提出热力学第二定律的定性表述,拉开了机械决定论危机的序幕。奥地利物理学家玻尔兹曼提出的玻尔兹曼定理指出了 “熵的变化与几率的变化之间的必然联系”,使得热力学开始突破牛顿力学体系,物理概念首次用几率进行解释,打破了拉普拉斯的严格精确性。

随后,吉布斯提出了考察偶然性的明确方法和一种非拉普拉斯式的决定论。1923 - 1929 年,哥本哈根学派以一系列重大发现确立了量子力学的地位,充分证明了几率、随机性、偶然性并非仅仅源于人们的无知或权宜之计,而是深深植根于事物客观本性的基本特征。

此后,统计决定论应运而生,它认为在研究微观粒子运动时,只能借助统计规律,而在宏观物体运动时机械决定论仍有一定适用性。但统计决定论也在一定程度上揭示了自然界物质运动的多样性和辩证联系。

20 世纪 50 年代,美国气象学家 F. 洛伦兹提出 “一个确定性的系统能够以最简单的方式表现出非周期的形态”,1963 年他发表的 “确定性的非周期流” 标志着混沌学的诞生。混沌学表明非线性确定论方程存在内在随机性,即必然性中潜藏着偶然性,由于混沌运动对初值的敏感依赖性,使得预测变得极为困难甚至不可能,这从根本上动摇了机械决定论的理论基础。

在爱因斯坦与玻尔的争论过去将近 100 年后,众多相关实验结果表明,至少目前来看,爱因斯坦的观点是错误的。

微观粒子的运动确实是真正的随机事件,只能用概率统计来描述其运动规律,这并非因为我们的知识欠缺而导致的认知不足,而是量子世界的固有属性。

0 阅读:2

宇宙时空探索

简介:用通俗的语言诠释科学