量子力學的「前世今生」,愛因斯坦為何牴觸量子力學?

2021-01-19 宇宙探索

在上世紀20年代，一群年輕的科學家奪走了愛因斯坦的光環，他們對物理學的研究提出了新奇的思路，他們對宇宙的看法是那麼獨特，甚至連科幻小說都望塵莫及，徹底顛覆了愛因斯坦對統一宇宙理論的訴求。在丹麥物理學家尼爾斯玻爾的帶領下，這些科學家開拓了宇宙全新的領域，一直被認為是自然界中最小粒子的原子，被發現是有更小的粒子組成，質子和中子組成了原子核，外圍則是電子作軌道運動，愛因斯坦和麥克斯韋的理論都無法解釋這些微小粒子的行為以及原子內相互作用。原子內部的一切太神秘了，隨著原子被以各種各樣的方式分解開，之前的理論完全無法解釋它們，引力作用微乎其微，電磁現象也並不顯著。由於沒有一種理論能解釋著新奇的世界，科學家們在陌生的原子領域迷失了，他們苦苦地尋找著辨識的地標，直到20世紀20年代末期，這一切都改變了。

在那些年裡，物理學家發明了一個新的理論「量子力學」，它可以成功解釋微觀領域中粒子的行為，但有個問題，量子力學是個激進的理論，完全粉碎了先前對於宇宙的認識。愛因斯坦的理論認為宇宙是有序並且可預測的，但是玻爾不這樣認為，他和他的同事宣稱在原子世界是個隨機的世界，在原子或量子級別中存在不確定性。根據量子理論，你所能做到最好的就是預測一次又一次結果的概率。這個奇怪的想法描繪出了一個令人不安的新世界，它是如此的令人忐忑。量子力學的規則與我們過去習慣的法則大相逕庭，我們日常的經驗與在量子世界見到的任何一切截然不同，量子世界非常瘋狂。近90年來，量子力學成功證明這些看起來奇異的現象在微觀世界確實存在。如果有一個事件有一千個可能性，連量子力學也不能確定究竟哪一個才將發生，所有的可能都會實現！

甚至在我們的宇宙中，被量子力學認為存在概率的事情雖然通常被我們認為絕不可能，但卻事實發生了。例如，粒子真的有概率穿越牆或者障礙物，你我都感到不可思議，甚至你我都有一定的概率穿過一睹實體牆，經計算顯示，以上情況發生的可能性微乎其微，直到這個可能性的發生前，以至於你我有可能永遠的抵在那面牆上！

為了理解量子原理，我們需要放棄那些關於世界的假設。但有太多人接受不了量子力學的理論，愛因斯坦也是這麼想的，他堅信世界是按可預知的規律運作。對於那些認為我們只能計算事件概率的想法，愛因斯坦堅決牴觸。量子力學表明，我們不能確認任何實驗的結果，只能確定某種實驗結果出現的概率，在這點上，愛因斯坦堅決不同意，他說上帝絕不會擲色子。然而一個接一個的實驗證明愛因斯坦錯了，量子力學確實可以從亞原子層面上描述宇宙的運轉。量子力學並不是某種奢侈品可有可無，它簡直天衣無縫，通過量子力學做出的推測還從來沒有和現實觀測產生分歧。


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