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第二章 爱因斯坦的滑铁卢 第一节 爱因斯坦的滑铁卢（第2页）

爱因斯坦如此虔诚地信仰因果律，以致决不能相信哥本哈根派那种愤世嫉俗的概率解释。早在1926年他写给波恩的信里就说：“量子力学令人印象深刻，但是一种内在的声音告诉我它并不是真实的。这个理论产生了许多好的结果，可它并没有使我们更接近‘老头子’的奥秘。我毫无保留地相信，‘老头子’是不掷骰子的。”“老头子”是爱因斯坦对上帝的昵称，“上帝不掷骰子！”是爱因斯坦的著名论断。

但是第一次论战他输了，输给玻尔的哥本哈根学派。

随着越来越多的人领悟到了哥本哈根解释的核心奥义，很多科学家都投在哥本哈根派的量子门下。爱因斯坦非但没能说服玻尔，反而常常被反驳得说不出话来，而且他这个“反动”态度引得许多人为之惋惜。

1905开始爱因斯坦依靠相对论，屡屡出手开始震惊物理界，实现了物理学的时空革命。可是，当年那个最反叛、最革命、最不拘礼法、最蔑视权威的爱因斯坦开始被物理学界嘲弄，被认为是站在了新生量子论的对立面！

玻恩哀叹说：“我们失去了我们的领袖。”埃伦费斯特气得对爱因斯坦说：“爱因斯坦，我为你感到脸红！你把自己放到了和那些徒劳地想推翻相对论的人一样的位置上了。”

爱因斯坦这一仗输得狼狈，以玻尔为首的哥本哈根派和它对量子论的解释大获全胜。但是爱因斯坦不是那种容易被打败的人，他与德布罗意、薛定谔、坚持经典物理理论。

第二次论战

时光转瞬，又是三年，1930年的第六届索尔维会议又进行了两派的第二次辩论。

爱因斯坦凭着和玻尔交手的经验知道：在细节问题上是争不出个什么所以然，他必须得瞄准最关键的精髓所在：不确定性原理！

爱因斯坦提出光箱实验：箱子里有若干光子，打开时间Δt，只放出一个光子，Δt确定。于是箱子轻了Δm，可以用理想的秤测出，将Δm代入E=mc^2，ΔE也确定。ΔE和Δt都确定，测不准原理ΔEΔth2π不成立。

这个实验的精髓所在是：在精确测量Δt时，可以精确测量Δm，而Δm可以由质能方程转化为精确的ΔE，ΔE、Δt都是精确的，测不准关系失效了。

一开始，玻尔对此毫无准备，他脸如死灰，呆若木鸡，不过就在第二天，玻尔的胜利到来了。

玻尔指出：一个光子跑了，箱子轻了Δm，用弹簧秤秤，设置零点，设位移Δq，根据广义相对论的红移效应，箱子在引力场移动Δq，Δt也相应改变ΔT，可以计算：ΔThΔmc^2。代入E=mc^2得ΔEΔTh2π。

这次轮到爱因斯坦说不出话了，爱因斯坦的广义相对论推翻了他自己。

哥本哈根学派再次大获全胜。

玻尔又赢了，爱因斯坦并不甘心，但是爱因斯坦不得不承认哥本哈根的解释是没有矛盾的，量子力学依靠概率论。但他认为这种统计描述并不是完整的“图像”。用爱因斯坦自己的话说，量子力学理论是不完备的，波函数并不能精确描写单个体系的状，它所涉及的是许多体系，只是一个“系宗”。哥本哈根学派的统计描述只是一个中间阶段，应当寻求更完备的理论。

与此类似，玻姆的理论认为：目前量子力学之所以是一个统计理论（哥本哈根派的解释），是因为存在还未发现的隐变量。个别体系的规律，正是由它们决定。如果能找出隐变量就可以准确地决定微观现象每一次测量的结果，而不只是决定各种可能出现的结果的几率。也就是说，如果发现隐变量，那么因果律还是存在的。

第七届索尔维会议时，爱因斯坦因为纳粹德国的迫害背井离乡而没有出席，而第五、第六届会议改变了传统量子理论，奠定了现代量子力学的基础。玻尔经受住了时间的考验，从此哥本哈根派思想广为传播，被科学界接受，并大方异彩，成了量子力学的统治学说。

量子力学的索尔维会议已经结束，爱因斯坦似乎成了量子力学的绊脚石，扮演着当年那些试图否定相对论的人类似的角色。量子力学产生以来，正确性被科学界大量实验验证，然而，量子力学存在一个重大问题没有解决：量子力学是否是完备的？波函数是否精确描写了单个体系的状态？真实的量子是如何运作的呢？

实验为爱因斯坦平反

成功给出量子理论的判决使玻尔成为最终的获胜者，他的哲学体系也因此作为“哥本哈根阐释”而闻名于世。玻尔的得意门生惠勒后来把“哥本哈根阐释”描述为“大烟龙”——有一个可见的头和一条可见的尾巴，但是看不到中间部分，在我们眼中，那里只不过弥漫着一团扰乱视线的烟雾，这是一个能够抵御任何企图对它进行屠杀的怪兽的。

然而，八十年后爱因斯坦未必是真正的输家。虽然在物理界看来1927年和1930年两届索维尔会议上爱因斯坦被打败，但是爱因斯坦仍坚持自己的理念，虔诚地信仰因果律，以致决不能相信哥本哈根那种愤世嫉俗的概率解释。爱因斯坦的坚持自己的名言——“上帝不掷骰子！”

关于量子理论的争论，爱因斯坦认为，量子力学本身是不完备的，如下几个科学实例，就从根本上颠覆了哥本哈根派的观点。

最早的就是“薛定谔的猫”的哲学思辨，而最近科学实验发现电子是能够分裂的，而且量子能够同时测试位置与动量，无疑这给量子力学增加了新的问题，验证了索维尔会议上，爱因斯坦强调的量子力学是不完善的说法。

1935年，薛定谔发表论文《量子力学的现状》，提出了噩梦般的猫实验。对此，哥本哈根学派遇到了尴尬，，因为无法判断这只猫的死活，终于爱因斯坦派获得了难得的对量子力学反击的胜利，这也验证了量子力学本身还具有更深层的内在因素。

“哥本哈根学派”认为，物质在被观测之前，是处于一种不确定的叠加态的。为了反驳这种观点，证实量子力学在宏观层面是不完整的，德国物理学家薛定谔设计出物理学史上最著名的动物——薛定谔的猫。

这是一个思想实验：不透明的箱子里装着一只猫，箱子中另外还有一个原子衰变装置，原子会随机发生衰变，一旦衰变发生，就会激发一系列连锁反应，最终打破箱子里的毒气罐而毒死猫，反之猫则活。在打开箱子观测那一瞬间之前，原子的衰变和猫的死活都处于一种叠加态，只有当打开箱子的一刹那，猫的死活才确定下来。所以，在打开箱子之前，猫既是死的，又是活的。问题是，现实中的猫怎么可能是“既死又活”的呢？我们的常识中，猫要么是死的，要么是活的。量子论无法解释现实世界，这成了量子论无数个困惑之谜中最神秘的一点。

“薛定谔的猫”出现之后，物理和哲学界就客观世界和人的意识的决定因素产生了一场大讨论：如果人的观测能决定猫的生死，那是否人的意识也会决定客观世界的走向呢？

对此，哥本哈根学派只能吞下苦水，承认那只猫是处于“死活混合”的幽灵态。他们对这个事情的解释甚至涉及了“意识”。

因此可见，爱因斯坦未必是错的。并且现代物理学研究发现，一些实验都证明了电子是能够分裂的，并且能够测量量子的两种状态，这些都违反了哥本哈根派的量子力学的核心观点。

2009年8月，英国研究人员通过实验证实了电子可分裂为自旋子和空穴子的理论假设，英国剑桥大学日前发布新闻公报说，电子通常被认为不可分。剑桥大学研究人员将极细的“量子金属丝”置于一块金属平板上方，控制其距离，并将它们置于约零下273摄氏度的超低温环境下，然后外加磁场，发现金属板上的电子在通过量子隧穿效应跳跃到金属丝上时分裂成了自旋子和空穴子。

2012年4月，在《自然》杂志上发表了一篇关于“科学家观察到电子分裂为自旋子和轨道子”的消息的文章。在1996年，物理学家将电子空穴和自旋子分开。自旋和轨道这两种性质伴随着每一个电子，然而，最新实验观察到这两种性质分开了——电子衰变为两个不同的部分，各自携带电子的部分属性：一个是自旋子，具有电子的旋转属性；另一个是轨道子，具有电子绕核运动的属性，但这些新粒子都无法离开它们的物质材料。

科学网2012年1月19日发消息称发现了违反量子力学“测不准原理”基本原理的现象。“测不准原理”是量子力学的基本原理，指在一个量子力学系统中，一个粒子的位置与动量两方面的值不可能同时被精确测定。科学家以科研用反应堆产生的中子为对象，测量与中子自旋相关的值。研究小组发现，当中子处于特定状态的时候，他们能够以超越“测不准原理”限度的高精度成功测量中子位置与动量两方面的值。而根据“测不准原理”，中子自旋时这两个方面的测量值会出现偏差。

2010年，美国科学家设计出一种肉眼可见的量子机械，让一个极小的半导体“量子鼓”同时处在振动和不振动的叠加态，进一步缩小了量子力学和我们现实感之间的距离。该研究成果获评《科学》杂志2010年十大科学突破之首。

光到底是由波还是由粒子组成的呢？这个基本问题已经困扰了科学家们数十年的时间，到此为止的试验显示光的表现或者像粒子或者像波，但是从未同时表现过两种状态。现在一种新型试验第一次展示了光能够同时表现的像一种粒子和一种波，为这种困惑打开了一个新的局面，也许能帮助科学家们揭开光和整个量子世界的真实面目。

英国布里斯托大学的物理学家阿尔贝托·佩鲁佐在一份声明中说道：“这种测量装置检测到了强烈的非定域性，这就证实在我们的试验中光子同时表现的即像一种波又像一种粒子，这就对光或者像一种波或者像一种粒子的模型做出了强烈的反驳。”这篇描述试验的论文发表在2012年11月2日出版的《科学》杂志上，佩鲁佐是论文的首席作者。

现在是为爱因斯坦平反的时候了，光同时表现出波与粒子的双重特征，电子可分裂，同时测量量子的位置与动量两种状态，这些打破了哥本哈根派的量子力学的测不准原理，说明爱因斯坦强调量子背后因果关系是正确的。

玻尔坚持观测得到的世界才是“真实”世界，哪怕我们观察世界的时候必须透过一块黑色的玻璃，也一样是真实的，对于“真实”认识，要么是不清楚，要么含糊认可的现实。从历史辨证角度来看，玻尔与爱因斯坦都有其局限与正确的一面。但爱因斯坦当初坚持探索更深层的量子因果关系，看来又超出了当时的哲学思想范畴。