愛因斯坦是人類歷史上最偉大的科學家之一,愛因斯坦的研究給已經十分完善的經典力學建造出了全新的結構,讓人類換了一個角度去觀察宇宙中和的時間和空間,打破了「絕對空間時間」的傳統觀念,確定了宇宙中唯一的常量——光速。
愛因斯坦說過這樣一句話:「宇宙中的一切都是設計好的」,他發現了什麼?為什麼要這樣說?
「宇宙中的一切都是設計好的」這句話讓很多人疑惑,其實這句話是愛因斯坦表達自己心目中的宇宙觀,以及愛因斯坦對量子力學不完備的批判。
20世紀是物理史上最輝煌的一個世紀,現代物理學的兩大支柱「量子力學」和「相對論」誕生在這個世紀,目前人類對於宇宙的探索和研究,基本都基於這兩個理論,愛因斯坦還說過「上帝不擲骰子」,其實也是愛因斯坦本人宇宙觀的體現。
相對論和量子力學延伸出了多種不同的宇宙模型,愛因斯坦在「哈勃定律」被證明之前,一直是「靜態宇宙」的支撐者,這種傳統的觀點源自於牛頓的「機械宇宙觀」,在這種觀點下,宇宙就像是一個巨大的機械鐘錶,我們可以用數據來判斷下一秒發生的事情。
在日常生活中,我們用力投出一個籃球,可以用數據判斷出這個籃球的運動軌跡,如果有足夠的數據和強大的計算能力,人類甚至可以在未來計算出宇宙的結局。
但是量子力學的出現打破了這種觀點,不論是「波粒二象性」還是「量子漲落」或者是「量子隧穿」,都在暗示著人類,「不確定性」是宇宙的本質,除非有觀察者觀察後導致波函數坍塌,否則宇宙中任何粒子的狀態都是不確定的。
「量子隧穿」現象在宏觀世界中完全不可能實現,但是在微觀的量子世界中卻經常出現,前文我們已經提到,在經典力學中物體的運動軌跡是可以預測的,但是量子隧穿效應卻指出,量子可以隨機性的穿過本不可能穿越的勢壘。
就像是一個小球想要爬上一個山坡,這個小球的力並不足以它越過這個山坡,經典力學中,這個小球是永遠無法越過這個山坡的,但是量子力學中,這個小球有機率越過這個山坡,就像是在山坡的底部製造了一個「隧道」一樣。
恆星內核聚變反應的關鍵也是量子隧穿效應,這個效應讓很多「不可能」發生的事情變成了「可能」,量子隧穿效應在經典力學中完全無法解釋,但是在量子力學中可以用「不確定性原理」去解釋量子穿過勢壘的行為。
量子力學的不確定性和哥本哈根詮釋向世人解釋了一個事實,宇宙中的一些事情是「非決定性」的,就像是量子隧穿效應一樣,它們自然發生,人類無法得到這件事發生的確切原因。
顯然愛因斯坦並不認同這個觀點,否則他也不會說出「宇宙是被設計好的」這句話,如果他認同這個觀點,應該會說「宇宙中的一切都是隨機的」,愛因斯坦一直認為,宇宙應該符合經典物理,而不是量子力學中萬物隨機的屬性。
當然,這並不代表愛因斯坦覺得量子力學不靠譜,或者是他不接受量子力學中發生的現象,愛因斯坦是量子力學的奠基人之一,他的研究對量子力學的發展做出了很多的貢獻,但是他也多次表達過量子力學的「不完備性」,他在針對EPR佯謬的論文中就提到了這個觀點。
這個觀點也得到了「薛丁格」的認同,兩個人用書信的方式針對量子力學的「不完備性」進行了多次討論,薛丁格也提出了「薛丁格的貓」這個實驗來表示量子力學的不完備性。
不論是愛因斯坦還是薛丁格,都認可目前量子力學的正確性,但是他們認為,現在量子力學中的一些現象無法解釋,並不是因為宇宙本身就是這樣,而是人類的物理學還沒有發展到足夠程度,才會認為宇宙是「非決定性的」,在未來隨著科學的進步,人類可以更好地去解釋量子力學中發生的現象。
目前量子力學和相對論都不完善,愛因斯坦認為未來會出現「大一統理論」,這種理論可以統一宇宙中的四種基本力,愛因斯坦的晚年一直試圖尋找「大一統理論」,可惜的是直到愛因斯坦去世都沒有成功。
總結
愛因斯坦說這句話其實是表達他本人心目中的宇宙觀,他認為宇宙的本質仍然符合經典力學,量子力學中展示的不確定性是因為理論不完善,在未來理論完善後,可以用經典力學的方式去解釋量子力學。