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爱因斯坦为什么不相信“上帝会掷骰子”?

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发表于 2018-12-4 09:52:23 | 显示全部楼层 |阅读模式

爱因斯坦和波尔参加1927年第五届索尔维会议时的照片
  来源:中科院物理所(ID:cas-iop)
  “这个理论解决了很多问题,但是它并没有让我们真正理解旧理论中的秘密,”阿尔伯特。爱因斯坦在1926年12月写道。“我无论如何也不相信上帝会投骰子。”
  爱因斯坦正在回复德国物理学家马克斯·玻恩的一封信,玻恩认为,量子力学的关键在于概率性和不确定性,就像心率失常的偶然发生一样。然而,在量子论之前物理学家一直坚信的是,如果我们做了某件事,那么一定会发生另一件事。但是量子力学告诉我们,如果我们做了一件事,另一件事只会以一定的概率发生。在某些情况下我们可能得到其他的结果。
  爱因斯坦并不认同这种对量子理论的概率性解释,他的‘上帝不会投骰子’的观点在过去几十年中一直在回响,就像他的公式E =mc2一样为人们所熟知但难以捉摸。爱因斯坦在说这句话的时候到底要表达什么意思?爱因斯坦是如何看待上帝的?


康德
  赫尔曼和波琳·爱因斯坦(阿尔伯特·爱因斯坦的双亲)是世俗的阿什肯纳兹犹太人。尽管父母奉行世俗主义,但九岁的阿尔伯特发现并接受了犹太教,并且在一段时间内怀有相当大的热情,曾有一段时间他是一个尽职尽责、严格遵守教规的犹太人。按照犹太习俗,他的父母每周会邀请一位贫穷的学者与他们共享一顿饭。从贫困的医学生Max Talmud那里,年轻且敏感的爱因斯坦学习了数学和科学。他阅读了21卷Aaron Bernstein的关于自然科学的热门书。之后在塔木德(犹太经典)的引导下他接触到伊曼努尔·康德的《纯粹理性批判》,后来他从康德哲学转到了大卫·休谟的哲学。很快他开始研究奥地利物理学家恩斯特马赫的学说,马赫反对形而上学包括绝对空间、绝对时间的概念以及原子的存在。
  但这次文化之旅让爱因斯坦看到了宗教经典和科学之间的冲突。时年12岁的少年爱因斯坦对所有有组织的宗教教条主义产生了深深的厌恶,这种厌恶伴随他的一生,并且扩展到了对所有威权主义的厌恶,包括教条主义的无神论。


马赫
  这些经验主义哲学的精神食粮将在14年后为爱因斯坦所用。马赫对绝对空间和时间的批判有助于爱因斯坦导出狭义相对论(包括标志性方程式E = mc2),他于1905年在伯尔尼瑞士专利局担任“三级技术专家”时提出了狭义相对论。 十年后,爱因斯坦又通过提出广义相对论彻底改变我们对空间和时间的理解,其中重力场被弯曲的时空取代。但随着他年龄的增长(当然也越来越聪明),他开始排斥马赫的经验主义,并且曾经宣称“马赫是一位优秀的力学家,一位可悲的哲学家”。
  随着时间的推移,爱因斯坦变得更加青睐于现实主义。 他更倾向于接受科学理论是对客观物理现实偶然的“真实”的表征。而且,尽管他不想参与宗教,但他对犹太教短暂的信奉所带来的对上帝的信仰成为他的哲学的基础。


巴鲁赫。斯宾诺莎
  需要强调的是,爱因斯坦的上帝是哲学意义上的上帝,而不是宗教中的上帝。 当他多年后被问到是否相信上帝时,他回答说:“我相信斯宾诺莎的上帝,他在所有存在的和谐中揭示自己的存在,而不是一个关心人类的信仰和行为的上帝。”巴鲁赫·斯宾诺莎是与牛顿和莱布尼茨同时代的人,他曾将自然本身视为上帝。因此,他被认为是一个危险的异教徒,并被逐出教会。
  爱因斯坦的上帝是非人格化的无形的,微妙但不具恶意。 他也是坚定的决定论者。就爱因斯坦而言,上帝的“合法和谐(lawful harmony)”是通过在整个宇宙中严格遵守因果关系的物理原则实现的。因此,在爱因斯坦的哲学中自由意志没有生存空间:“一切都是确定的,包括开始和结束,一切都被我们无法掌控的力量支配。。。。。。我们都随着被远处看不见的演员所吟唱着的神秘的和谐起舞”。
  狭义相对论和广义相对论提供了一种全新的理解空间和时间以及它们怎么和物质以及能量相互作用的方式。 这些理论与爱因斯坦的上帝所建立的“合法和谐”完全一致。但是量子力学却讲述了一个不同的故事:量子力学描述了发生在时空背景中原子和分子的尺度上物质与辐射之间的相互作用。
  在1926年早些时候,奥地利物理学家埃尔文·薛定谔通引入晦涩难懂的“波函数”彻底改变了旧理论。薛定谔本人倾向于现实地用物质波来解释这些波函数。 但在丹麦物理学家尼尔斯。玻尔和德国物理学家海森堡的推动下物理学界逐渐达成了一个共识:对量子论的诠释不应过于字面化。
  本质上,波尔和海森堡认为,科学终于抓到了如何对现实进行描述的概念性问题,哲学家曾在这个问题上争论了数百年。波尔说:“没有量子世界。只有抽象的量子理论对世界的描述。物理学的任务并不是去发现自然是什么样的。物理学应该关注的是我们可以就自然说些什么”。这种模糊的实证主义说法得到了海森堡的回应:“我们必须记住,我们所观察到的不是自然本身,而是暴露在我们的观察方法下的自然。”他们所坚持的反现实主义‘哥本哈根解释’ - 否认波函数代表量子系统的真实物理状态 - 很快成为思考量子力学的主要方式。这种反现实主义解释的最新变化表明,波函数只是一种“编码”我们的经验的方式,或者是我们从物理经验中获得的主观信念,使我们能够利用我们过去学到的东西来预测未来。
  但这与爱因斯坦的哲学完全不同。 爱因斯坦不能接受这种解释,即波函数不是“真实的”。 他无法接受自然法则在原子尺度上如此不和谐,这带来了非决定性和不确定性,事件的结果无法完全和毫不含糊地从原因中预测出来。
  因此,这就带来了整个科学史上最引人注目的争论之一——玻尔和爱因斯坦对量子力学的解释进行的正面交锋——这本质上是两种哲学的冲突。辩论始于1927年,虽然主角们已经不在了,但是争论至今仍然非常活跃。
  争论至今都没有平息。
  爱因斯坦一定不会对此感到特别惊讶。 1954年2月,就在他去世前仅14个月,他在给美国物理学家大卫·博姆的一封信中写道:“如果上帝创造了这个世界,他关心的事情一定不是让世界便于我们理解。”
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