為什麼愛因斯坦會說:“上帝不會擲骰子”?他想表達什麼意思?

小伊聊時尚


愛因斯坦這句話是在1927年第五次索爾維會議上為了反駁玻爾關於量子力學理論,在當時玻爾領銜的哥本哈根學派提出了關於量子力學的著名的“不確定性原理”。在這次大會上愛因斯坦愛因斯坦直接指出:“上帝不擲骰子”,而玻爾直接反擊到:“不要安排上帝怎麼做”。

這就是當時愛因斯坦說出這句話的背景,但是愛因斯坦為什麼會針對玻爾說出這句話呢?

這還要從20世紀初開始說起,經過長時間的科學發展,人們對物質的認識已經從宏觀逐步深入到微觀。起初,人們對光的研究認為光具有波粒二像性,而通過光的雙縫干涉實驗所體現出來的奇異現象一直無法解釋。愛因斯坦與普朗克都是量子力學的創始人。尤其愛因斯坦,對量子世界所體現出來的現象苦苦思考了很久,但是始終無法使用統一的規律來解釋量子的運動現象。而此時,哥本哈根學派的波爾、海森堡等人提出了“不確定性原理”, 這個理論是說,你不可能同時知道一個粒子的位置和它的速度,粒子位置的不確定性表面微觀粒子的行為與宏觀物質很不一樣。在當時看來,這種理論像是一種哲學解釋。

為了反擊哥本哈根學派,愛因斯坦手下得力干將薛定諤做了一個著名的實驗叫做“薛定諤的貓”。

設想在一個封閉的匣子裡,有一隻活貓及一瓶毒藥。當衰變發生時,藥瓶被打破,貓將被毒死。按照常識,貓可能死了也可能還活著。按照量子力學的解釋,箱中之貓處於“死-活疊加態”——既死了又活著!要等到打開箱子看貓一眼才決定其生死。

不過,這個實驗卻幫了玻爾一個大忙,一定程度上印證了玻爾對量子力學的解釋,量子糾纏更為令人詫異。

其實,愛因斯坦並不是反對量子力學,而是反對波爾對於量子力學的解釋,愛因斯坦一直致力於創建一個世界上統一的力的解釋。而此時,卻冒出來一個用一個看似哲學的觀點來解釋這種現象是他不可以接受的,他認為一定有特定的規律可以來解釋微觀粒子的運動。雖然他還未研究得出有具體理論。

到如今,量子力學的研究已經取得了很大的進步,科學界也普遍認為玻爾當時的理論是正確的。


科學認識論


這是因為量子力學認為微觀粒子具有不確定性,為此與因果論為基礎的廣義相對論發生了矛盾,於是兩者展開了長達幾個世紀的爭休。

不過在我認為,量子其實並沒有什麼不確定性,其實在你做出任何事情的時候結果已經註定了,比如:你向空中拋出一枚硬幣落地是正面還是反面呢?其實在你拋出硬幣的時候直至落地的一瞬間,結果已經註定,力度、風向、重力等因素其實已經決定了硬幣的正反面,而因為你沒有去觀察它所以你就會認為它具有不確定性,而當你去觀察它的原理時,這時候由於意識的加入其結果就會發生改變,這正是意識改變了物質的結果,並不是因為不確定性原理。在舉個例子:樹上有一個蘋果搖搖欲墜,結果已經註定它隨時會掉落,只是你沒有去觀察它所以不知道何時會掉落,這個時候如果沒有你的干涉,它可能會掉到地上,而當你意識到它並去幹涉的時候,比如你伸手接住了它,那麼結果就會發生改變。此類實驗有很多,什麼量子雙縫實驗還有薛定諤的貓實驗等等,但都是由於意識的加入才改變了其結果。這些實驗都表明,意識是可以改變物質本身的,所以意識改變物質和因果關係兩者之間並沒有矛盾,正是因為不確定性的誤導才導致兩者之間存在矛盾,所以我認為不確定性原理被推翻。

所謂的不確定性只不過是因為有某種我們目前還無法觀測的因素而已。


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我們處於科技突飛猛進的時代,但是還有很多難題沒有被攻克。“上帝不會擲骰子”這是愛因斯坦的一句有名的名言,是針對量子力學的,這是愛因斯坦和玻爾之間對量子力學的學術爭論。

愛因斯坦和玻爾爭論戰

一、在20世紀之前,物理學以牛頓的經典物理學為主,然而在20世紀之後,兩個新的門派出現了,一個是愛因斯坦的相對論,另一個則是多位大師的量子力學。愛因斯坦的相對論推翻了牛頓的絕對時空觀,卻保留了嚴格的因果性和決定論,而量子力學卻更激進,拋棄了經典的因果關係,創立了不能在實在世界的確定的結果,也就是不確定性。這一點是論戰的主戰場,愛因斯坦認為物理學規律是關於存在的規律,不存在不確定不可能的結果。

二、海森堡1927年提出的測不準原理 ,即 不可能同時準確測量一個粒子的位置和動量,對位置的測量會影響到動量,反之亦然。愛因斯坦用自己α射線粒子反駁了這個觀點。


三、後來提出了EPR佯謬,它的關鍵內容就是,假設一個二體系統,由A和B兩部分組成,證明了此二體的“動量之和”與“位置之差”是可以同時測準的。但是量子力學卻不能提供同時測準它們的方法。據此,愛因斯坦則認為量子力學是不完備的。

“上帝擲骰子”嗎?

量子力學的基礎是波粒二象性,具體體現在光的波粒二象性。量子力學是區別於經典力學,相對論並研究微觀量子世界的學科,至今為止量子力學的發展始終伴隨著質疑的存在。

單體的疊加態:薛定諤的貓

這是一個著名的實驗,內容是在一個盒子裡放一隻貓和少量放射性物質。之後,會有50%的概率放射性物質將會衰變並釋放出毒氣從而殺死這隻貓,也會有50%的概率放射性物質不會衰變,那麼貓將活下來。

多體的疊加態:量子糾纏

量子糾纏說的是如果有兩個以上的東西它們都處於不同的狀態的疊加,它們彼此之間一定有明確的關係,這就是量子糾纏。

“上帝不擲骰子”!“別指揮上帝應該做什麼”!

許多人把“上帝不擲骰子”當做是愛因斯坦反對量子理論的證據,但是深入愛因斯坦後會發現愛因斯坦其實承認了量子力學的非決定性。他只是不能接受非決定論是大自然的基本原則。

愛因斯坦其實一直在完善量子理論,他對量子理論的貢獻遠比我們瞭解到的要多。愛因斯坦在1905年就提出了光量子理論,最先提出波粒二象性,以至於後來發展的量子理論都是受愛因斯坦的影響。從“上帝不會擲骰子”這句名言我們就否定了愛因斯坦對量子理論的的貢獻,這是盲目的。

量子力學是對於現在是非常重要的理論,在未來的某一天可能還會發現什麼然後可能會被推翻。質疑才是最重要的成果。


星球上的科學


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?

要了解這些,我們還要從牛頓說起。牛頓時代解決了宏觀低速下的物理學現象,也就是牛頓力學,這套理論也讓牛頓封神。但是其實牛頓可不止《自然哲學的數學原理》這一本著作,在他在威斯敏斯特大教堂的墓前的雕像的,有四本書,代表著四本代表作,這當中就包括了《光學》。

可能你要納悶光學和牛頓力學的區別是啥?我們要搞清楚一點,那就是光的速度可不是低速,甚至光到底是啥也很難說得清楚。伽利略就曾經試圖測光速,然後他失敗了。也就是說在牛頓的時期,光速到底是多少還跟迷一樣。其次光到底是啥,實際上那個時代的科學家也沒啥好的想法來驗證。驗證不了,不代表不能提出理論,牛頓認為光是一種粒子,惠更斯等人認為光是一種波。

他們當然各有各的證據,比如:光的反射就說明光具有粒子性,而光的衍射其實說明了光具有波動性。按理說應該是不相上下的局面,但因為牛頓神一樣的學術地位,導致光是粒子的觀點佔據了上風。其實,後來我們也都知道了,光是具有波粒二象性的,不過這都是後話了。

後來,在托馬斯楊和麥克斯韋的努力下,光是一種波佔據了上風。尤其是麥克斯韋是和牛頓同級別的科學家。他提出麥克斯韋方程,統一了電和磁,並預言光是一種電磁波,這還被赫茲證明了。

量子力學的誕生

可是到了20世紀,物理學大廈上空飄來了兩朵烏雲,一朵是以太,一朵是黑體輻射。以太導致了相對論的出現,而黑體輻射導致了量子力學的出現。那這又和光有什麼關係呢?相對論其實是和光速有關係,而黑體輻射則和光到底是什麼關係。

如果光是一種波,那說明電磁輻射應該是連續的,而不是非連續的。但是如果按照麥克斯韋的電磁學理論來解決黑體輻射的問題,就會出現很多問題。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。

不確定性原理

可隨後問題就爆發出來了,科學家在研究原子結構時,就很難用經典理論去描述原子結構以及電子的行為。在這個過程中,科學家逐漸摒棄經典理論,最終在由海森堡提出的矩陣力學和薛定諤的薛定諤方程解決了這一切。而波恩證明了矩陣力學和薛定諤方程是等價的,並且給出幾率波的解釋模型,隨後海森堡進一步提出了不確定原理,說的就是:

微觀粒子的動量和位置是沒辦法同時確定下來的,動量的不確定性越小,位置的不確定性就會越大,同樣的,如果位置的不確定性越小,動量的不確定性越大。

那到底意味著什麼呢?我們傳統的物理學中描述一個物體的運動一般是這樣的,某時某地某物以多少速度朝著某個方向運動。可是,到了量子力學這裡,就變成了某時某地某物出現在某個位置的是多少?具體到原子核外的電子,量子力學哥本哈根學派認為電子同時出現在原子核外的各個位置,各個位置區別在於概率不同,也就是說要用概率雲來描述電子的運動。

上帝不擲骰子

這種“概率雲”的解釋模型其實是愛因斯坦,薛定諤等人無法接受的,於是,愛因斯坦認為這種理論是不完備的。於是,他在和波爾辯論時,就說出了那句著名的話:

上帝不擲骰子。

波爾還反駁了一句:

愛因斯坦不要指揮上帝如何做。

這裡咱們客觀地說一下,哥本哈根學派的這一套理論其實對於微觀現象的解釋極其精確,精度尤其的高。因此,愛因斯坦只能去證明它的不完備性,大戰幾回下來,基本上都是哥本哈根學派的大佬尼爾斯玻爾佔了上風,並且對著後來的科學家的一次次實驗,也是一次次地證明了哥本哈根學派的觀點。


鍾銘聊科學


“上帝不擲骰子”這句話是愛因斯坦說給玻爾聽的,意思是他不相信量子力學所闡述的不確定性



上個世紀初經典物理學遭到了“邁克爾遜-莫雷實驗”和“紫外災難”的雙重打擊,於是才有了愛因斯坦的狹義相對論和普朗克以及玻爾等人的量子力學,然而愛因斯坦雖然是早期量子論發“開山鼻祖”之一,但他卻很反感以玻爾為首的量子力學“哥本哈根學派”

1927年在比利時布魯塞爾召開的第五次索爾維會議中,“時空老祖愛因斯坦”和“量子尊師玻爾”展開了一系列關於量子力學的思想實驗和理論爭辯,導致後人們提起這次會議第一印象就是他們兩個人上演的“決戰量子之巔”,而事實上參加第五次索爾維會議的其他物理學家們的地位也是非常高的。


在愛因斯坦時期量子論還只是一個描述光具有波粒二象性的“嬰兒理論”,但玻爾等人將量子論發揚光大應用到了整個微觀世界並取得了巨大成功,包括新的“電子雲模型”在內的一系列成果都是他們的功勞。

然而愛因斯坦玻爾等人的成果在愛因斯坦看來就是“走火入魔誤入邪途”,因為玻爾的量子力學從頭到尾都是以“不確定性”和“概率”為基本條件的,而愛因斯坦作為物理學家是非常反感“不確定性”和“概率”的,他認為真正完美的理論不應該如此“隨機”


愛因斯坦認為穩定和“可預測”才是物理學的認為,所謂的“不確定性”和“隨機”在他看來不過是為理論的侷限性和不完美找藉口罷了,所以說愛因斯坦才會說“上帝不擲骰子”,並以此來反駁玻爾的“不確定性”

然而愛因斯坦並不是永遠正確的,他和玻爾爭論了一輩子的量子力學反而在這個過程中被“越辯越明”了,時至今日量子力學已經成為了描述微觀世界最精確的理論,這也說明“上帝確實是擲骰子的”


宇宙觀察記錄


這事吧。主要是數論鬧的。

有一定的數可平面化立體化質量化。

一部分不行。

所以就有方圓之分。

絕對不會把現實搞錯的。

不能解決的問題。

要麼踢到天邊,要麼縮小。

所以麼!你假設現實是一個計算機。

穩定性是優良的那一塊。

也就是絕對不可以出錯的。

你沒有發覺。

擲骰子那一刻。

你被縮小成了點麼!

現在不是在點屏幕麼!


哦發發發


理論物理學到了量子階段,似乎就變得模糊了,無序了。量子的世界表現的是隨機性。

由此再推斷宇宙是隨機的,相應的會有各種平行宇宙。

就如同擲骰子一般,但愛因斯坦反對這種學說。


站在四維世界


愛因斯坦說出這句話是有背景故事的,他認為以波爾為代表的哥本哈根派對於量子力學的詮釋,已經脫離了實在性和因果律。愛因斯坦心裡一定在想:年輕人你們最近的路走得有點偏啊!

相對論和量子力學是二十世紀物理學上的傑作,相對論的提出對牛頓理論進行了修正,提出了光速不變、時間膨脹、時空彎曲等概念,這在當時看來是很匪夷所思的,至少諾貝爾委員會都不敢冒險頒獎給愛因斯坦的相對論,但是隨著各種預言被證實相對論逐漸被接受。

而量子力學的提出愛因斯坦也可以算作是開山鼻祖,愛因斯坦唯一的諾貝爾獎也是因為提出光電效應理論。但是量子力學後來的發展貌似不受控制,尤其是哥本哈根派的加入,貌似讓量子力學的路越走越偏。愛因斯坦等一眾物理學家堅持的還是經典物理學的思維,相信因果律、實在性和定域性,而一個雙縫干涉實驗打破了一個平靜的水面,電子到底是通過哪個縫隙的問題難倒了一眾科學家。此時哥本哈根派跳出來,提出電子不觀測的時候同時經過兩個縫隙,並且可以形成干涉條紋。這就是量子的不確定性原理,這一下就打破了愛因斯坦堅持的實在性和因果律。

薛定諤對此也是嗤之以鼻,因此“養”出了物理學四大神獸之一薛定諤的貓,這個思維實驗是用來嘲諷哥本哈根派對於量子力學寫的詮釋。愛因斯坦就是在這樣的背景下說出這句話的,也是一句嘲諷的話語。但最終結果大家都清楚,愛因斯坦在這場和哥本哈根派的較量中敗下陣來,無論是不確定性原理還是量子糾纏現象都真實存在。


科學黑洞


“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。

為什麼這屆索爾維會議這麼著名呢?

由於參與的物理學大咖多、討論的問題重要,所以被稱為最著名的一次。這屆會議上出席了我們所熟知的愛因斯坦、波爾、普朗克、居里夫人、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彙集於此次會議。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。

這屆會議的主題是“電子和光子”,其中最精彩的部分,當然是愛因斯坦與波爾之間激烈的論戰,愛因斯坦與波爾之間的辯論真可謂針尖對麥芒,不過最後還是以愛因斯坦棋輸一招而落敗,

怎麼回事呢?

此次會議大概分三大陣營:

實驗派:布拉格、 康普頓

哥本哈根學派:波爾、波恩、海森伯 、泡利

哥本哈根反對派:愛因斯坦、 德布羅意 、薛定諤

從這個分派上,大家或許就能看出愛因斯坦與波爾之間劍拔弩張的氣氛!

他們爭論的主題就是量子力學的完備性和波函數是否精確描述了單個體系的狀態!

波爾等人認為在量子力學中,要用波函數來描述微觀粒子的量子態,波函數可以幫助我們計算出粒子出現在某一位置或者處於某種運動狀態的概率 —— 一個事件發生的概率等於其波函數絕對值的平方,人為的觀測會導致波函數塌縮成一個確定的量子態。

哥本哈根詮釋的最基本原理就是不確定性原理、波函數塌縮、互補性原理,這種解釋就好像擲骰子一樣,在骰子落地之前,我們不可能確切地知道投出的到底是幾點,也就是投出骰子的六個面中,哪一個面朝上是隨機出現的,只有當骰子落地後,我們才能知道這次擲骰子事件到底投的是幾點!

可是愛因斯坦是一個非常虔誠地相信因果律的人,他相信,任何一種事物或者現象的出現必然有其背後的原因,不可能是隨機的,他認為,如果我們能知道骰子投出去時所受的力、空氣的阻力、接觸地面時所受的力等等一切參數,骰子的點數我們是可以預測的!

而哥本哈根學派的概率論只能讓我們知道最終結果,中間的過程竟然是不確定的,波函數塌縮的原因和過程也說不明白,這違背了他所堅信的因果律,所以,他認為我們之所以不能瞭解微觀粒子隨機出現的原因是因為有一些隱變量沒有被我們發現,如果我們找到了這些隱變量,微觀世界就不是隨機的了!

他非常反對波爾等人的這種概率論,他認為概率論這種描述模稜兩可,是不全面的,所以,他提倡隱變量理論,是以波爾為首的哥本哈根學派理論的“死對頭”。

愛因斯坦認為哥本哈根學派所描述的這種量子態的隨機性表明:同一個過程可能會產生許多種不同結果。按照概率論解釋,電子通過雙縫後出現在感應屏位置是隨機的,那麼感應屏上的許多區域就必須同時對電子行為進行觀測,才能瞬間作出反應, 這種瞬間反應暗示著一種超距作用,是違背相對論的,這也是他反對哥本哈根詮釋的原因之一!

不過後來的“貝爾不等式”的不成立,表明愛因斯坦所主張的隱變量理論不正確,也說明了量子糾纏不能用隱變量理論解釋,量子糾纏這種鬼魅般的超距作用的確存在。

愛因斯坦所堅信的“因果律”成為了阻礙他正確理解量子現象的障礙,所以他才會在與波爾的爭論中落敗,從而說出:“上帝不會擲骰子”這樣的話,或許這就是人在不理解自然現象時所表現出的最無奈的一面吧!


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上帝是看莊的,用不著會擲骰子。


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