量子力學迫使上帝擲骰子?愛因斯坦:上帝才不帶這樣玩

2020-12-05 科學認識論

牛頓力學建立之前,人們對客觀世界的認識還處於半迷信半理性化的困境。在牛頓以前,神學依舊佔據著西方的主流價值觀,但同時又流行起來了愈來愈多的理性派,他們試圖用科學理性的思維來認識世界,而不是一昧的篤信上帝。這典型的代表便是哥白尼,伽利略,克卜勒。牛頓在總結前人的經驗基礎上,重新構建起來了科學大框架。牛頓力學的建立讓人類第一次有了科學大系統,人們認識自然現象除了上帝,終於有了理性的工具了!

在當時人們的心中,牛頓力學對天體運動的解釋很適用,對日常生活中的力學現象解釋也很完美。牛頓力學不僅可以解釋太陽系中行星運動的軌跡和周期,還可以解釋生活中的自由落體現象。人們利用牛頓力學可以預測月食,日全食,亦可以指導生活實踐中的工程力學問題。

在牛頓力學統治的兩百年內,人們也只能用經典力學認識一些接近生活實際的自然現象,如果牽扯到微觀領域,也只能以牛頓力學為基礎來推測了。不對,應該是猜測了!隨著電子顯微鏡的發展,科學家們更加深入地了解了微觀世界的現象。人們猜測了分子和原子的存在,隨後得到了驗證。此後又發現了電子的存在,發現者叫湯姆森。他認為電子就像葡萄乾一樣均勻地鑲嵌在原子的內部。隨後一個名為盧瑟福的科學家做了一個散射實驗,推翻了湯姆森的葡萄乾模型。他認識電子是繞原子核運動的,電子和原子核之間全是真空。電子繞原子核運動就像是地球繞太陽一樣規律。所以人們也稱盧瑟福對電子運動的詮釋為行星模型!

之後科學家又發現,電子這玩意還不斷地向外輻射電磁波,輻射電磁波的電子能量勢必會降低,如果按照盧瑟福的行星模型來解釋電子的運動,那麼伴隨著電子能量的釋放,勢必會導致電子繞原子核運動的軌道降低,最終落到原子核上,那麼就不會存在電子,也不會有光了!

1900年,普朗克提出了能量量子化,標誌著量子力學的建立,隨後玻爾的分層模型,泡利不相容原理等等都在用量子的概率解釋電子的運動。

到目前為止,對電子運動的詮釋最受好評的便是哥本哈根學派的電子云模型。電子的確是在繞原子核運動,但是並不是像行星繞恆星那樣的規律。電子在原子核外分別處於不同的能級上,當電子自發輻射出電磁波(也就是光子),能級會降低,軌道從而改變。電子繞原子核運動很詭異,你永遠不知道電子在下一刻會出現在哪裡,因為它完全是隨機的。

而經典力學告訴我們,倘若知道一個物體的速度和軌跡,我們完全就可以預測這個物體在下一刻會出現在哪。而事實上,電子卻對經典力學說「不」! 其實這個時候就尷尬了,科學家難道就沒有一種方式來量化電子的運動了嗎? 科學家最後發現,雖然電子運動變幻莫測,它可以出現在空間中的任何一點,但是電子好像很偏愛那「幾個」空間位置,也就是說,電子經常去特定的那些空間位置,並不是說它們不去其他空間位置,而是很少去其他空間位置! 舉個例子,你永遠不知道皇帝今晚會寵幸哪個妃子,但是你可以把皇帝這半年來寵幸某些妃子的次數列舉出來,這樣就可以做出來皇帝寵幸某一妃子的概率分布圖了!

電子的運動也一樣,量子力學的做法就是把電子的運動做成了概率分布,科學家可以用概率統計描述電子出現在某個位置的機率。圖中越密集的部分,也就是電子分布概率越大的空間位置!

最後你會發現,微觀世界居然是概率統計的,量子力學是建立在概率的基礎上的,量子力學的基礎無疑是在擲骰子,這也太不靠譜了吧!愛因斯坦相信,這裡面一定有問題,並不是電子的運動就是隨機的。一定是我們的認知水平有限,才導致我們無法弄清電子運動的本質規律,所以才折中的用概率來描述電子的運動。愛因斯坦曾經質疑量子力學哥本哈根學派的概率論,他對玻爾說,「上帝並不會擲骰子」,而玻爾更是自信的回懟到,「愛因斯坦,不要告訴上帝該怎麼做」!

這是1927年,第五屆索維爾會議期間,愛因斯坦舌戰玻爾的著名對話。這些對話也誕生了貝爾不等式來驗愛因斯坦和玻爾的對錯。這個問題延續到至今,就目前的結果來看,愛因斯坦很可能錯了。但是貝爾不等式的驗證實驗還有待完善。

相關焦點

  • 量子力學最難理解的地方:上帝到底會不會擲骰子?愛因斯坦這樣說
    牛頓的經典力學與愛因斯坦的相對論統治了物理學界將近四百年,愛因斯坦的相對論是牛頓經典力學的補充與發展,但本質上來說,量子觀點是劃分經典與非經典物理學的分水嶺,即非經典的=量子的,所以愛因斯坦的相對論仍然是一種經典的物理學,而量子力學作為一種全新的非經典物理學卻很難被大眾所接受,經典物理學與量子力學的根本區別就在於:上帝到底會不會擲骰子?
  • 愛因斯坦為什麼要說「上帝不擲骰子」,他發現了什麼?
    在五屆索爾維物理會議上,愛因斯坦和波爾進行了多次的討論,他一直對哥本哈根詮釋不夠滿意,以至於說出了著名的:「上帝是不擲骰子的!」很多人認為,愛因斯坦不願意解釋哥本哈根詮釋中的不確定性原理,才說出了「上帝不擲骰子」這句話,如果把不確定性原理代入宇宙,就像是有一個人不斷的丟骰子,在無限的不確定性中,丟出了宇宙的全部。
  • 愛因斯坦錯了——我們的世界裡上帝不擲骰子!
    1927年比利時索菲爾科學大會上,當愛因斯坦面臨著神秘的量子世界裡喊出:上帝不擲骰子!世界是有秩序的。然而,事實證明他錯了。我們活著的世界是無法測量的!一、神一般存在的愛因斯坦愛因斯坦的成就有多麼偉大。有位科學家的著名的戲謔之言:自然和自然規律隱匿在黑暗之中。上帝說:『『讓牛頓出生吧!"
  • 上帝擲不擲骰子?
    「上帝不擲骰子」「量子力學是很酷炫。可內心的聲音告訴我,它並非真實之物。這理論說了一大堆,但並沒有真的帶領我們更加接近『老頭兒』(上帝)的秘密。無論如何,我都確信,上帝不擲骰子。」(Quantum mechanics is certainly imposing.
  • 愛因斯坦為什麼篤信「上帝不會擲骰子」,這是錯的嗎?
    愛因斯坦起初表達「上帝不會擲骰子」是為了否定量子力學哥本哈根學派對微觀粒子運動規律的詮釋。 他要弄清楚微觀粒子到底是真隨機還是假隨機 量子的概念自1900年被普朗克提出之後,首次成功應用到了愛因斯坦的光電效應,這也反向支持了量子的概念,光量子概念確定了量子力學的地位。 所以說普朗克和愛因斯坦是量子力學早期的奠基人,他們統屬舊量子學派。
  • 愛因斯坦為什麼相信上帝不會擲骰子,量子力學是否真正隨機?
    1927年,愛因斯坦受邀參加了第五屆索維爾會議,這是愛因斯坦第二次參加此會議。與會人員全是當時全世界著名的科學家。當然此次參會者還有大名鼎鼎的新量子力學創始人—玻爾。這次會議最引人矚目的便是愛因斯坦和玻爾關於量子力學的本質解釋爭論。
  • 有書快看 | 上帝擲骰子嗎?豆瓣9.3分的量子力學科普書
    今天有書君想要分享給大家的一本書,書名很有意思啊,叫做《上帝擲骰子嗎》,啥意思呢,這上帝就這麼沒正形嗎,關乎人間大事的決定,要擲骰子? 其實作者起這個名字是有根據的,偉大的科學家愛因斯坦曾經撂下過一句話:「上帝是不擲骰子的!」這句話源於愛因斯坦與物理學家波爾關於量子力學的長期爭論。用量子力學的角度來看,這個世界上的一切,都是因為隨機、無序、偶然而出現的。不過這個理論可就令終身都在追求真相的科學家們感到尷尬了。
  • 《上帝擲骰子嗎——量子物理史話》了解量子物理發展史
    《上帝擲骰子嗎》是2006年01月01日遼寧教育出版社出版的圖書,作者是曹天元。本書主要通過講述量子物理的發展史,簡單的帶我們了解基本的量子物理知識。作為一部科普書籍作者沒有過多的去寫一些複雜繁瑣的物理公式,而是帶我們回顧整個量子物理學的發展過程。起初讀這本書是源於對宇宙的好奇心,提起量子物理不免會讓人們頭疼,太過的複雜專業使我們根本就無從下手。本書則通過一些物理學界中的小故事帶我們深入淺出的了解,免去了一些生澀難懂的科學理論。
  • 為何愛因斯坦晚年認為一切都是安排好的?上帝真的不會擲骰子嗎?
    上帝不會和宇宙玩骰子「上帝不會擲骰子」也許物理史上最著名的言論之一,也經常被斷章取義,許多人認為這是對上帝信仰的一種表達,但事情絕非如此。這句話取自愛因斯坦寫給量子力學奠基人之一馬克思·波恩(Max Born)的一封信。
  • 愛因斯坦說的「上帝不會擲骰子」是什麼意思?
    上帝擲骰子其實是發生在一次索爾維會議上,這是科學家的峰會。在上世紀的20年代~30年代,科學家們有一個議題,那就是哥本哈根學派對於量子力學的詮釋「不確定性」到底靠不靠譜?光是粒子還是波?於是,被逼無奈的普蘭克在玻爾茲曼的啟發下,提出了「量子」的概念。他認為能量不是連續的而是一份一份的,而能量的最小單位就被稱為量子。愛因斯坦進一步利用「量子」解決了光電效應的問題。
  • 愛因斯坦:「上帝不會擲骰子」玻爾:「你別指揮上帝該怎麼做!」
    「上帝不會擲骰子」這句話最早在出現在1926年愛因斯坦寫給波爾的一份信中!但是被眾人所熟知卻是在1927年比利時布魯塞爾召開的第五屆索爾維會議上,這屆索爾維會議被稱為史上最著名的一屆。這屆會議上出席了我們所熟知的愛因斯坦、波爾、普朗克、居裡夫人、康普頓等等17位著名的諾貝爾學獎得主,被稱為最強大腦的雲集,號稱當時全球三分之一的智慧匯集於此次會議。並且此次會議是量子力學發展階段非常重要的一次辯論會,被稱為微縮版的量子力學史。
  • 上帝到底擲不擲骰子?
    早在二十世紀前期,科學界就因這個問題「大打出手」,一方是以愛因斯坦為代表的「必然派」,一方是以量子力學為武器的「偶然派」。牛頓等科學家構建了經典物理學大廈,在宏觀物理界有著不可動搖的地位。時間推到1905年,愛因斯坦發表了著名的《狹義相對論》,雖然也是利用經典物理學推導出來的對經典物理學的補充修正。
  • 人類的量子信息革命:上帝擲骰子嗎?
    潘建偉教授的演講以「從愛因斯坦的好奇心到量子信息革命」為題,回顧了20世紀初量子力學誕生之初愛因斯坦與玻爾的世紀辯論:上帝擲骰子嗎?經典力學告訴我們:一旦確定了初始狀態,所有粒子未來的運動狀態原理上都是可以被精確預言。這也意味著,一切事件都是在宇宙大爆炸時就已經確定好的。那麼,個人的努力還有意義嗎?
  • 上帝到底會不會擲骰子?量子力學實驗推進,這次愛因斯坦可能輸了
    筆者:三體-小遙愛因斯坦曾經說過,上帝不會擲骰子,萬事萬物都具有確定性,只要深入研究,就能夠發現它們的奧妙。然而,隨著量子力學的不斷發展,越來越多的人認識到宇宙的複雜性,尤其是疊加狀態的存在,給科學家們帶來了新的問題,相對來說更難破解。
  • 上帝到底會不會擲骰子?愛因斯坦VS波爾、海森堡,誰對誰錯呢?
    上帝到底擲or不擲骰子兩大頂尖學科的大神對決兩大學科研究的方向既有相同的,也有不同的,相同的都是研究這個世界的本質,不同的他們都走了兩個大極端,相對論研究「大的、快的」東西,而量子力學研究的是「小」的東西。按照道理他們不應該有衝突,但是在世界本質上他們學科代表大神卻對此有不同的見解,他們討論的是「上帝擲or不擲骰子」。
  • 上帝不擲骰子,愛因斯坦的這句話是什麼意思?世界是不是確定的?
    牛頓力學所描述的世界可以說是宏觀低速環境下的一種特例,並非宇宙的本質規律,當我們嘗試使用經典力學去處理高速運動的問題時,錯漏便出現了。在這樣的情況下,另一位偉大的科學家出現了,他就是愛因斯坦。愛因斯坦始終相信上帝不擲骰子。
  • 一組關於量子理論的名句;上帝不會擲骰子等
    量子論和相對論的誕生,使整個物理學面貌為之一新。人類對宇宙的認識登上了一個新的高度。相對論探索的宇宙宏觀的規律,量子論研究的是宇宙微觀的規律;但迄今為止,人類還沒有一種理論將兩種理論統一起來。以下一組關於量子理論的極有趣的看法。(在量子理論的世界裡,能量不是連續的是一段一段的)一,愛因斯坦。
  • 愛因斯坦說的:上帝不會擲骰子
    先是小王子德布羅意提出物質波的內功心法奠定了基礎,上帝之鞭泡利則提出了九陰真經,就是泡利不相容原理,簡直就是無所不包,自己親傳弟子海森堡琢磨出了矩陣力學,就好像獨孤九劍,號稱破盡天下招式,不過海森堡的內力不足(數學功底一般,居然不認識矩陣),被波恩帶領約爾當分享了發明權,不過也為量子學派招來了兩員大將,這事就不提了,老師兄薛丁格拿出來六脈神劍,就是波動方程
  • 愛因斯坦為什麼說「上帝不會擲骰子」,量子世界真的是隨機的嗎?
    ,這是愛因斯坦第二次參加此會議。這次會議最引人矚目的便是愛因斯坦和玻爾關於量子力學的本質解釋爭論。愛因斯坦也提出了「上帝並不會擲骰子」的言論反對量子力學的隨機論。接下來正文就開始了,為了便於大家理解,筆者採用循序漸進的敘述方式。當你看見一輛汽車在公路上高速行駛時,你只需知道汽車的速度和方向,就可以計算出這輛汽車在下一時刻出現在哪裡。
  • 為什麼量子力學要用概率波描述粒子?上帝真的擲骰子嗎?
    科學認識君的《通俗物理100課》系列【第三課:上帝擲骰子嗎?】或許你聽過這樣的話「如果初學者第一次接觸量子力學,卻沒有感到困惑,那麼他一定是沒搞懂」。這是玻爾的名言,當然原話並不是這樣,但意思完全相同。量子力學中有太多違背常識的地方。