為什麼愛因斯坦一直認為世界是上帝設計好的?

在古希臘,宗教和哲學是密不可分的,因為人們相信,上帝設計了底層的規則,只是我們一直沒有理解這些規則。比如畢達哥拉斯認為,我們的萬物是由數字構成的,我們任何的自然規律都能夠用自然數來解釋,研究這些自然數不在於我們如何使用它,而是可以進一步發現上帝留給我們的真理。

古希臘哲學要求,這些數字必須經過假設、演繹、推理和論證,就是我們解答數學題的整個過程,同時物理學的研究也遵循這套規則。


為什麼愛因斯坦一直認為世界是上帝設計好的?


物理學大廈為何傾倒?

19世紀末,力學,電力學,以及熱力學構成經典力學三大體系,牢不可破,它們也構築了物理學的基石。當然這是經過反覆論證之後的結果,比如海王星的發現,就是人們利用牛頓的萬有引力,計算出質量當中缺失了一塊,之後通過望遠鏡才找到它。

當然這些都是宏觀層面的研究,如果進入微觀領域,很多規則就無法適用了。很多現象是牛頓、焦耳以及麥克斯韋等物理學研究所不能解釋的,於是人們對於經典物理學規律產生了懷疑。


為什麼愛因斯坦一直認為世界是上帝設計好的?


比如人們對於伽利略變換的懷疑,這也是我們經常做的一道數學題,假如你在勻速的高鐵上奔跑,如果高鐵的速度是300公里/小時,而你的速度是10公里/小時。如果你朝著高鐵前進方向奔跑,你的速度就是300+10=310公里/小時。如果你是反向奔跑,你的速度也就是300-10=290公里/小時。

可是如果把你替換成光,之後會是怎樣呢?也就是300000公里/秒的速度向前奔跑會怎麼樣呢?光的速度會不會加快呢?可是科學家們發現,光的速度並沒有變化,不管你這個高鐵速度有多快,光的速度還是不變的。


為什麼愛因斯坦一直認為世界是上帝設計好的?


這顯然不符合經典物理學常識的,荷蘭物理學家洛倫茲乾脆就說,光是個常數,也就是說它的速度一直是不變的,時間是可以長短變化的。當他把變量重新設定之後,以前我們經典物理學當中的力學和電力學矛盾就消失了,洛倫茲為此搭建了數學模型,至於背後的物理學規律,他也搞不清楚。

為何大家在舊的範式當中,進入不了新的物理大廈呢?因為經典物理學實在是太成功了,人們已經形成了路徑依賴。1905年,還在瑞士專利局工作的愛因斯坦,發現伽利略變換是有問題的。

相對於光速,我們生活在速度很慢的時空當中,因此速度是可以疊加的。可是如果我們生活在高速空間當中,這些規律就不能成立了。愛因斯坦在他的《論動體的電動力學》中建立了狹義相對論,從此經典的物理學中力學與電磁學形成了統一。


為什麼愛因斯坦一直認為世界是上帝設計好的?


這種物理學底層規律的融合,更讓愛因斯坦相信,這個世界底層規律是上帝已經預設好的,而且底層的規律就像質能方程(E=mc)一樣,簡潔而又美麗。萬有引力,電磁力,還有核力當中的弱力與強力,這四種貌似不相關的力,其中三種已經實現了融合,為什麼沒有一種簡潔的規律,歸納上帝的底層規則呢?

世界是連續的嗎?

世界是連續的還是非連續的?這就好比矢量圖與位圖的區別,玩過CAD軟件的都知道,如果我們把CAD當中那些線無限放大,最後還是一條線。而我們現實當中所照的那些圖片,如果我們逐漸放大,會發現它們是由無數點組成的。


為什麼愛因斯坦一直認為世界是上帝設計好的?


世界是連續的,這是19世紀末物理學家們的普遍認知,大學所學的微積分就是利用了這一原理。人們認為,時間和空間可以不斷分割下去。

1900年,現代物理學的奠基人馬克斯·普朗克提出了一個假設,他認為能量是不連續的,而是一份一份的。在我們眼裡之所以看上去是連續的,那是因為沒有足夠微觀化。

為什麼愛因斯坦一直認為世界是上帝設計好的?

這就好比我們的電影,影片當中人物動作是連續。可是如果我們觀察膠捲,會發現電影實際上是有無數個畫面組成的,只不過這些畫面切換的速度超過了眼睛的反應時間而已。這和我們平時玩的手翻動圖是一回事。

普朗克認為我們時常所感受到的能量其實是非連續的,在這種假設的基礎上,他推導出新的關於電磁波能量和頻率關係的公式。從普朗克的思想角度,愛因斯坦提出了“光量子”的概念,也就是說光其實也是由很多微粒組成的,只是組成光的微粒足夠小,我們看不見而已。


為什麼愛因斯坦一直認為世界是上帝設計好的?


這也就能很好解釋光電效應,無論光還是電其實都是由粒子組成的。而且愛因斯坦在他的《關於光的產生和轉變的一個啟發性觀點》裡提出,光不僅有粒子的特性,還具有波的特性。這也為科學界,200多年來,爭吵光是粒子,還是波的問題上,畫上了句號。

進入20世紀,物理學界開始用非連續性解釋很多問題,非連續性逐漸成為人們認識微觀世界的共識。1924年,德國物理學家馬克斯·玻恩創造了“量子力學”一詞。1925年,海森堡、薛定諤等人建立起了完整的量子力學理論。

上帝是否擲骰子?

看上去量子力學最終解釋了上帝的底層規律,可是在1927年海森堡在測量粒子動量與位置的時候,卻發現這兩個物理量,如果檢測其中一個物理量,另外一個物理量偏差就會跑掉,總之這兩個物理量總是互相之間躲貓貓。這並不是測量手段,或者測量誤差造成,這種現象被稱為“測不準原理”。


為什麼愛因斯坦一直認為世界是上帝設計好的?

海森堡


此時人們開始反思,之前已經形成上百年共識的連續性都錯了,那麼上帝有沒有可能擲骰子呢?當你觀測這個粒子的時候,它就以粒子的形態存在,當你不觀測的時候,它或者以波的形式存在。粒子的形態取決於你是否觀測它。

這也太匪夷所思了,這就像佛教當中的唯心學說,“本來無一物,何處惹塵埃”,你的世界是有由心念所產生的,難道科學經過幾百年的發展居然向玄學靠攏?

其實這就好比我們觀察太陽,早上的時候可能是橘紅色,中午是炙白色,晚上可能顏色又偏黃,難道是太陽的顏色變了嗎?太陽的顏色並沒有變化,而是因為我們觀測的時間和觀測手段發生了變化。


為什麼愛因斯坦一直認為世界是上帝設計好的?


當時圍繞這一現象科學界產生了巨大的分歧,一派是波爾和海森堡,他們認為上帝就是在隨意地擲骰子,粒子的形態取決於你是否觀察它,以及採用什麼樣的手段觀測它。另一派是以愛因斯坦為代表,愛因斯坦認為上帝不僅不會擲骰子,而且這個世界一定存在著更底層的物理學規律。

在第五屆索爾維會議期間,愛因斯坦每想出一個駁倒波爾的例子,隨後第二天波爾就針對這一問題進行解釋,最後兩人誰也沒有說服誰。量子力學給物理學以及哲學界都帶來了巨大的衝擊,那麼“上帝擲骰子”問題有沒有答案呢?

超時空弦理論

其實多維空間理論一直被研究,只是量子領域太過於火熱,人們逐漸從多維空間研究當中轉入量子領域。可是進入20世紀80年代,不僅愛因斯坦和波爾吵得火熱,而且很多量子領域的問題也獲得不了答案。

現在量子力學當中,就算是最基本的夸克都有整整36種,而不同夸克的組合又會產生不同的粒子,這樣組合下來簡直數都數不過來,這肯定不是上帝想要的樣子。現在人們提出了“十維超弦理論”,也就是弦理論。

在這套理論體系當中,認為粒子不再是最小的物理單元,如果我們把這些粒子再放大了1萬億倍,你會發現最後它不是一個點,而是一條正在抖動的弦。和我們見到的絃樂一樣,理論上只要一根琴絃,就能夠演奏出所有的音符。理論上,只要調整琴絃的不同長度,也就能夠產生任意的頻率,不同的頻率也就意味著不同的粒子。


為什麼愛因斯坦一直認為世界是上帝設計好的?


當然弦理論的厲害之處並不是它能夠產生足夠多的粒子,而是它能夠直接導出愛因斯坦方程,並且把廣義相對論與量子理論融合在一起。一根弦如果想要在時空中完成複雜的運動,就必限定一些條件,這就好比如果你想讓物體走直線,必須限定到一維空間當中。只要限定部分條件,弦理論就能夠導出愛因斯坦方程,這也回答了波爾和愛因斯坦的爭論,或許上帝確實設計了這個世界,只是我們看不見它,也沒有搞懂它。


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