上帝不掷色子 | 爱因斯坦的两次“不喝水”坚持

上帝不掷色子 | 爱因斯坦的两次“不喝水”坚持

2017-06-14 Hersy 21世纪接班人

6月10日的《奇葩说》半决赛，讨论了这样一个话题：

村里的井被巫婆下了药，喝了水之后就会意识错乱，是非颠倒，全村人，只有你一个人还没有喝，你要不要喝？

大家不要害怕，我今天不是来聊辩题的。

在导师发言的时候，张泉灵说道，爱因斯坦做过两次‘不喝水’的事情，第一次看起来是个英雄，另一次看起来是个保守党。第一次是狭义相对论的提出，第二次是对量子物理的决不妥协。

咱们今天要聊得就是，爱因斯坦的两次“不喝水”坚持。但是我认为爱因斯坦在量子物理理论上的两次坚持，才是他的两次“不喝水”坚持，毕竟他提出的“光量子”的论文，是他自己认为最叛逆的论文。

爱因斯坦和量子物理

1905年，位于伯尔尼的瑞士专利局给爱因斯坦提供了一个稳定的工作和收入，他的坏日子总算是过去了。大部分时候，他都是在钻研他最喜欢的物理问题，经常废寝忘食。

1905年，是一个令人咂舌不已的年份。对于人类的智慧历程来说，这一年实在是算得上是一个高峰，而这一切还要归功于这个天才人物，这个小公务员，爱因斯坦。1905年3月17日，爱因斯坦写出了一篇关于辐射的论文（17日写完，杂志社收到论文是18日），后来发表在《物理学纪事》上，题目就叫做《关于光产生和转化的一个启发性观点》。这是爱因斯坦正式发表的第六篇论文，但是这篇论文，开启了量子理论的新时代。

前因是，普朗克假设，黑体在吸收能量时，是分成“一份一份”的，有一个基本的能量单位，就是“量子”，量子的计算公式是 E=hv (h是普朗克常数，6.62606896（33）×10^（-34） J·s，v是频率）。爱因斯坦阅读了大量的普朗克的那些被权威和他自己丢在角落的论文，他被量子化的思想深深打动。虽然麦克斯韦理论像上帝一样高高在上，但是爱因斯坦很叛逆，坚信自己的直觉，他觉得量子化是一种必然的选择。他认为麦克斯韦理论在瞬间能量的发射、吸收等问题上，和实验相矛盾，光电效应就是最好的例子。

光电效应和电磁理论不协调在于：

电磁理论认为， 光是一种波动，它的强度代表了它的能量，增强光的强度就能打击出更高能量的电子。但是实验表明，增强光的强度只能打击出更多数量的电子。要打击出更高能量的电子，必须提高照射光的频率。

爱因斯坦突然想，既然E=hv , 提高频率不就是提高单个电子的能量么，而更高能量的电子，才能打击出更高能量的电子。增强光的强度只是增加电子的数量，刚好也是只能打击出更多数量的电子。（但是必须申明，爱因斯坦的理论和普朗克理论出发点就不一样，但是量子概念是继承于普朗克）

爱因斯坦把组成光的能量的这种最小的单位叫做“光量子”。直到1926年，才换成今天常用的“光子”。光以量子的形式吸收能量，没有连续性，一个光子激发出一个对应的电子，解决了实验中效应的瞬时性难题，因为量子本来就是瞬时作用，不能累积。

事实上，光量子是一个非常大胆的假设，直接挑战了经典物理体系。而爱因斯坦本人也这样认为，他个人觉得这是他写的最有叛逆性的一篇论文了，他用了“非常革命”这样的字眼来形容这篇论文。

“上帝创造了光，爱因斯坦指出了什么是光。”

自从1905年，爱因斯坦提出他的光量子概念之后，量子这个新生力量终于开始被人们所重视，越来越多的论文被发表，在很多别的方面，它也很快令别人刮目相看。

这是爱因斯坦的第一次“不喝水”坚持。

作为量子物理的催生者之一，爱因斯坦并不满意量子理论的后续发展，也就是以玻尔为首的“哥本哈根解释”，这个解释表明，在自然法则中存在根本的随机性，量子力学建立在“非决定论”的基础上。我们的观测给事物带来了不可预测的打扰，所以量子世界的本质是“随机性”。在经典物理的牛顿力学体系中，我们可以根据初速度和加速度以及初始位置算出一辆直线行驶的汽车，在一定时间之后的位置和速度。但是在量子物理的世界中，我们不能看在微观世界中得到一个时间内物体的具体位置，但是我们可以通过概率（随机性）来预测它的位置。这个理论摧毁了世界的（绝对的）客观性，甚至违背了我们的理性本身，但是它却能解释量子世界里一切不可思议的现象。

在当时，大多数的量子物理学家都认同“哥本哈根解释”。

但是，爱因斯坦，不认同这个解释，并说“上帝不掷色子”。他到死都不认同这个解释。

对于他来说，一个没有严格的因果关系的物理世界是不可想象的。物理规律应该统治一切。每一个事情都有来龙去脉，环环相扣。虽然爱因斯坦曾经提出了光量子假设，对量子理论的发展作出了不可磨灭的贡献，但是在后来，他完全转向了这个新生理论的对立面。

爱因斯坦在他的下半生基本上都在和玻尔进行争论。简直是活生生的，既生爱，何生玻。

甚至到死，爱因斯坦都坚持经典物理的客观性，并且绝不向量子物理妥协。

这是爱因斯坦的第二次“不喝水”坚持。

时至今日，在量子论的指导下，科学给人类社会带来了伟大的技术革命。从半导体到核能，从激光到电子显微镜，量子物理把它的光辉洒向了人类社会的每个角落。

在量子物理的发展过程中，“普朗克的量子假设点燃了新革命的星星之火。在这之后，爱因斯坦的光量子理论赋予了新生的量子以充实的力量，让它第一次站起来傲视群雄，而玻尔的原子理论借助了它的无穷力量，开创出一片崭新的天地来。”

在量子物理蓬勃发展的时候，爱因斯坦像个孤独的老人，站在洪流的另一侧，看着年轻人朝着前方高歌猛进，每个人都说他站错了队。但是他没有倒下，仍然选择战斗，像一个迟暮的老战士为了自己的消逝的王国作出最后的抗争。

坚持自己的内心秩序，结果是未知的。

今天的文章算是《量子物理史话》的读书笔记之一吧，跟大家分享。其实爱因斯坦这个例子也不能算是完全的“不喝水”，只能算是坚持自己内心的秩序吧。

另外，表白姜思达。这一季，每一场他表现都淋漓尽致，直击要害。我心中的奇葩王。但是既然他没进决赛，那我觉得奇葩王应该是陈铭。陈铭这一季也闪闪发光！当然，如晶我也喜欢。

以上。

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