爱因斯坦量子力学到底是什么（在量子力学和天文学中）

科学研究是建立在观察到自然现实与用数学语言表述的理论，对这一现实表述之间关系的基础上。如果理论的所有结果都被实验证明了，那么它就被认为是有效的。这种方法已经使用了近四百年，建立了一致的知识体系。但这些进步都要归功于人类的智慧和先驱智者，尽管如此，他们仍然能够坚持自己先前存在的信仰和偏见。这可能会影响科学的进步，即使对最伟大的人来说也是如此（比如爱因斯坦）。

在爱因斯坦广义相对论杰作中，他写下了描述宇宙随时间演变的方程式。这个方程的解，表明宇宙是不稳定的，而不是像当时认为的那样，是一个体积恒定的巨大球体，恒星在周围滑动。在20世纪初，认为我们生活在一个静止的宇宙中，在这个宇宙中，恒星的运动是不变的。这可能要归功于亚里士多德，他说天空是不变的，不像地球是运动的。

这一想法引起了历史上的反常：1054年，我们中国人注意到天空中出现了一种新的光线，但没有欧洲历史记录提到这一点。然而，它可以在全天看到，并持续了几个星期。这是一颗超新星，也就是一颗垂死的恒星，其残余物仍然可以被视为蟹状星云。在欧洲占主导地位的思想，阻止人们接受一种与天空不变的想法完全矛盾的现象。超新星是一种非常罕见的事件，平均肉眼只能在一个世纪内观测到一次。

上一次可以追溯到1987年，因此，亚里士多德认为天空不变几乎是正确的，至少在人类生活的规模上是这样。为了保持与静态宇宙的想法一致，爱因斯坦在方程式中引入了一个宇宙学常数，这“冻结”了宇宙的状态。他的直觉让他误入歧途：1929年，当哈勃证明宇宙正在膨胀时，爱因斯坦承认他犯了“他最大的错误”。

量子力学几乎与相对论同时发展，量子力学描述了无限小尺度上的物理（普朗克尺度），爱因斯坦在1905年对这一领域做出了巨大贡献，他将光电效应解释为电子和光子之间的碰撞，即携带纯能量的无限小粒子。换句话说，传统上被描述为波的光行为就像粒子流，正是这一进步，而不是相对论，为爱因斯坦赢得了1921年的诺贝尔奖。但是，尽管做出了这一重大贡献，他仍然顽固地拒绝量子粒子世界不受经典物理严格决定论的约束。

量子世界是概率性的，我们只知道如何在一系列可能性中预测发生的可能性。在爱因斯坦的盲目中，我们再次看到了希腊哲学的影响。柏拉图教导说：思想应该保持理想，不受现实的偶然性影响，这是一种高尚的思想，但并不遵循科学的戒律。知识需要与所有预测的事实完全一致，而信念则是建立在可能性的基础上，这种可能性是由部分观察产生的。

爱因斯坦本人确信，纯粹的思想能够完全捕捉到现实，但量子随机性与这一假设相矛盾。在实践中，这种随机性并不是纯粹的噪声，因为它受到海森堡测不准原理的约束。这一原理将集体决定论强加于粒子组，电子本身是自由的，因为我们不知道如何计算离开空穴时的轨迹，但一百万个电子绘制了一个衍射图，显示出我们确实知道如何计算的暗条纹和亮条纹。

但爱因斯坦并不接受这种根本的非决定论，正如他挑衅性的结论所总结的那样：上帝不会和宇宙掷骰子。爱因斯坦设想了隐藏变量的存在，即物理学家用来描述粒子的质量、电荷和自旋之外尚未发现的数字。但实验并不支持这一观点，不可否认的是，现实的存在超出了我们的理解，我们不可能知道关于无限小世界的一切。

在科学方法的过程中，还存在着一个不完全客观的阶段。这就是理论概念化的原因，爱因斯坦用思维实验给出了一个著名的例子：想象力比知识更重要。事实上，当一个物理学家观察不同的观测时，他必须想象一个潜在的定律。有时，几个理论模型会争相解释一个现象，只有在这一点上，逻辑才会再次占据上风。情报的作用不是发现，而是准备，它只对服务任务有好处，这样，思想的进步就源于所谓的直觉。

这是一种超越纯粹理性的知识飞跃，客观和主观之间的界限不再是完全稳固的。思想来自于电磁脉冲作用下的神经元，其中一些特别活跃，就好像细胞之间有一条短路，在那里偶然性在起作用。但这些直觉，或人类精神的“花朵”，对每个人来说都不一样，爱因斯坦的大脑产生了“E=mc2”，而普鲁斯特的大脑则提出了一个令人钦佩的比喻。直觉是随机出现的，但这种随机性受到每个人的经验、文化和知识的制约。

这不应该是一个令人震惊的消息，因为有一个现实不是我们自己的智力所能掌握的。没有随机性，我们就会受到本能和习惯的指引，一切让我们变得可预测的东西。我们所做的几乎完全局限于这第一层现实，有普通的关切和必须完成的任务。但还有另一层现实，在这层现实中，明显的随机性是关键特征，任何行政或学术努力都无法取代伟大人物所拥有的机会奇迹。爱因斯坦是创新精神和自由精神的典范，但他仍然保留着自己的偏见。

爱因斯坦的“第一个错误”可以概括为：我拒绝相信宇宙的起源。然而，实验证明他错了，他对上帝掷骰子的判决意味着，“我拒绝相信机会”。然而，量子力学包含了强制性的随机性。他的话回避了一个问题，即他是否会在一个没有机会的世界相信上帝，这将极大地限制我们的自由，因为我们将被限制在绝对决定论中，爱因斯坦顽固地拒绝了。对他来说，人脑应该能够知道宇宙是什么。海森伯格谦虚得多，他告诉我们，物理学仅限于描述自然在特定环境下的反应。

量子理论表明，我们无法完全理解，但它提供了随机性，这带来了挫折和危险，但也带来了好处。人类只能在短暂时间内逃避这个世界的法则。停顿的瞬间，沉思的瞬间，纯粹的直觉瞬间，…正是这些闪光，他才有能力成为“超人”。爱因斯坦是一位传奇的物理学家，是一个富有想象力的完美例子。因此，他对随机性的拒绝是一个悖论，因为随机性使直觉成为可能，允许在科学和艺术中进行创造性的过程。

博科园｜科学、科技、科研、科普