爱因斯坦所说的“上帝不掷骰子”是什么意思?
爱因斯坦是伟大的物理学家,他的名言“上帝不掷筛子”,全句是“无论如何,我都确信,上帝不会掷骰子。”其哲学含义是:随机性或不可精确预期性不是客观世界的根本方面,只不过是人们对它的认识不完备而已,爱因斯坦通过这句话用宗教的术语来表达他对量子力学和客观物理世界的根本看法。
这句话的诞生背景是:十九世纪的时候,科学家们还无法用经典物理学来解释黑体辐射出现的紫外灾难。1990年德国物理学家普朗克从量子化角度提出普朗克黑体辐射公式,正式提出能量子的概念。受到启发的爱因斯坦随后提出了光量子假说,认为光具有粒子性和波动性,解决了过去“光波”和“光量子”之争。
但是爱因斯坦只是当时量子论的其中一个派别,另一派别是哥本哈根学派,他们认为核外电子是以概率云的的形态随机出现在原子核的周围,“测不准原理”表明,核外电子的精确位置和动量是无法获得的,只能用概率来描述。爱因斯坦批判此理论,他信奉物理实在论,认为上帝不会掷筛子,只要数据足够,就能精准预测粒子在过去和未来所有已发生和未发生的变化,虽然目前测量结果都是不确定性的,但是应该还有人们还未发觉的变量在影响着测量结果。
正是因为这句话,爱因斯坦在很长一段时期内被一派人误解为他个人是否定量子力学的,因为量子力学认为物理世界的内在性质是随机性,后来也有不少科学家解释说爱因斯坦是被误解了,因为发现量子力学中非决定论的正是爱因斯坦,他们认为爱因斯坦并没有否定随机性,他所不能接受的是,随机性是大自然的基本原则这一观点,他暗示着物理现实存在一个更加深刻的层次,只是量子理论还不能解释。爱因斯坦的批判并不神秘,相反,他所关注的一些科学问题,时至今日仍未解决。
“上帝”的释义是古代主宰万物的天神,而“抛骰子”指的是做一个随机不确定行为。“上帝不会抛骰子”的字面意思就是主宰万物的宇宙当中没有所谓的随机行为,都是冥冥之中自安排,万物皆有规律可寻。“上帝不会抛色子”就这句话而言,不仅涉及到了科学,更是被纳入哲学范畴,至今都还引经据典。
一、伟大的爱因斯坦,
说到爱因斯坦,给人印象最深的就是这个人伟大的物理成就吧 。提出了相对论,为核能的开发鉴定了理论的基础,为人类开创了现代科学技术的新纪元。说把爱因斯坦和伽利略、牛顿这样的大人物相提并论也毫不夸张。1999年12月26日,爱因斯坦被美国《时代周刊》评选为世纪伟人。小时候老师说过一个励志故事提到过他:爱因斯坦小时候数学只得了一分,而长大了却能成为一个这么伟大的物理学家,可见后天努力的重要性。虽然他只得了一分,这倒是一个不必争论的事实。但是事实的背后呢,却和大家想的截然不同。德国人的当时实行的六分等级制,和我们的下等,中等,上等所见略同,而一分代表的是最优秀。可见,爱因斯坦从小就是一个爱动脑筋成绩优异的孩子。
从物理的角度来说,“上帝不会抛骰子”这句话其实是他自己对提出相对论的一种概括,要知道爱因斯坦的相对论可是间接上推翻了牛顿的绝对时空观。
站在励志的角度讲,上帝不会通过抛骰子来决定你的人生究竟何去何从,作为我们人类一个有自己独立思想的生物,我们应该有自己的思考和想法。这句话爱因斯坦在那个时代一直被人嘲笑,可是越来越多的事实证明,这句话的含义也也是顺理成章的人生格言,
上帝掷骰子其实是发生在一次索尔维会议上,这是科学家的峰会。在上世纪的20年代~30年代,科学家们有一个议题,那就是哥本哈根学派对于量子力学的诠释“不确定性”到底靠不靠谱?
光是粒子还是波?
要了解这些,我们还要从牛顿说起。牛顿时代解决了宏观低速下的物理学现象,也就是牛顿力学,这套理论也让牛顿封神。但是其实牛顿可不止《自然哲学的数学原理》这一本著作,在他在威斯敏斯特大教堂的墓前的雕像的,有四本书,代表着四本代表作,这当中就包括了《光学》。
可能你要纳闷光学和牛顿力学的区别是啥?我们要搞清楚一点,那就是光的速度可不是低速,甚至光到底是啥也很难说得清楚。伽利略就曾经试图测光速,然后他失败了。也就是说在牛顿的时期,光速到底是多少还跟迷一样。其次光到底是啥,实际上那个时代的科学家也没啥好的想法来验证。验证不了,不代表不能提出理论,牛顿认为光是一种粒子,惠更斯等人认为光是一种波。
他们当然各有各的证据,比如:光的反射就说明光具有粒子性,而光的衍射其实说明了光具有波动性。按理说应该是不相上下的局面,但因为牛顿神一样的学术地位,导致光是粒子的观点占据了上风。其实,后来我们也都知道了,光是具有波粒二象性的,不过这都是后话了。
后来,在托马斯杨和麦克斯韦的努力下,光是一种波占据了上风。尤其是麦克斯韦是和牛顿同级别的科学家。他提出麦克斯韦方程,统一了电和磁,并预言光是一种电磁波,这还被赫兹证明了。
量子力学的诞生
可是到了20世纪,物理学大厦上空飘来了两朵乌云,一朵是以太,一朵是黑体辐射。以太导致了相对论的出现,而黑体辐射导致了量子力学的出现。那这又和光有什么关系呢?相对论其实是和光速有关系,而黑体辐射则和光到底是什么关系。
如果光是一种波,那说明电磁辐射应该是连续的,而不是非连续的。但是如果按照麦克斯韦的电磁学理论来解决黑体辐射的问题,就会出现很多问题。于是,被逼无奈的普兰克在玻尔兹曼的启发下,提出了“量子”的概念。
他认为能量不是连续的而是一份一份的,而能量的最小单位就被称为量子。爱因斯坦进一步利用“量子”解决了光电效应的问题。
不确定性原理
可随后问题就爆发出来了,科学家在研究原子结构时,就很难用经典理论去描述原子结构以及电子的行为。在这个过程中,科学家逐渐摒弃经典理论,最终在由海森堡提出的矩阵力学和薛定谔的薛定谔方程解决了这一切。而波恩证明了矩阵力学和薛定谔方程是等价的,并且给出几率波的解释模型,随后海森堡进一步提出了不确定原理,说的就是:
微观粒子的动量和位置是没办法同时确定下来的,动量的不确定性越小,位置的不确定性就会越大,同样的,如果位置的不确定性越小,动量的不确定性越大。
那到底意味着什么呢?我们传统的物理学中描述一个物体的运动一般是这样的,某时某地某物以多少速度朝着某个方向运动。可是,到了量子力学这里,就变成了某时某地某物出现在某个位置的是多少?具体到原子核外的电子,量子力学哥本哈根学派认为电子同时出现在原子核外的各个位置,各个位置区别在于概率不同,也就是说要用概率云来描述电子的运动。
上帝不掷骰子
这种“概率云”的解释模型其实是爱因斯坦,薛定谔等人无法接受的,于是,爱因斯坦认为这种理论是不完备的。于是,他在和波尔辩论时,就说出了那句著名的话:
上帝不掷骰子。
波尔还反驳了一句:
爱因斯坦不要指挥上帝如何做。
这里咱们客观地说一下,哥本哈根学派的这一套理论其实对于微观现象的解释极其精确,精度尤其的高。因此,爱因斯坦只能去证明它的不完备性,大战几回下来,基本上都是哥本哈根学派的大佬尼尔斯玻尔占了上风,并且对着后来的科学家的一次次实验,也是一次次地证明了哥本哈根学派的观点。