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愛因斯坦改行去釣魚,對科學也沒什么損失,他這是犯了多大錯誤?

 星辰大海種花家 2019-12-13

愛因斯坦犯過兩個最大的錯誤,一個是他承認的宇宙常數(shù)問題,另一個是他一起開創(chuàng),但卻愛恨交加反對了一輩子的量子力學。著名的愛因斯坦研究專家亞伯拉罕·帕斯在《愛因斯坦曾住在這里》一書中說就算1925年后,愛因斯坦改行釣魚以度過余生,這對科學來說也沒什么損失。下面來看偉大的愛因斯坦到底犯了多大錯,居然淪落到釣魚都沒啥影響?

關(guān)于宇宙常數(shù)

牛頓開創(chuàng)的經(jīng)典力學時代曾經(jīng)有過300多年的輝煌,無數(shù)科學家為之努力與奮斗,拉普拉斯以此為基礎為其開啟經(jīng)典天體力學,勒維耶以此計算發(fā)現(xiàn)了海王星,更有開爾文勛爵的大言不慚“未來的物理學只能在小數(shù)點后6位尋找存在”,普朗克導師建議他改行......但其實就像開爾文勛爵說的兩朵烏云,第一朵烏云出現(xiàn)在光的波動理論上,第二朵烏云出現(xiàn)在關(guān)于能量均分的麥克斯韋-玻爾茲曼理論上,前者直接導致了狹義相對論的誕生,而后者則是開啟了量子力學的大門!

而愛因斯坦犯的錯誤卻是在廣義相對論上,狹義相對論是集眾人大成,但廣相卻是愛因斯坦獨立思考的理論。1916年推出后首先就被用來解決1849年勒維耶發(fā)現(xiàn)的水星進動問題,完美解決!而史瓦西拿它解出了天體坍縮成黑洞的史瓦西度規(guī),還預言了光線彎曲!

廣義相對論描繪的宇宙

但愛因斯坦將廣相應用到宇宙學上推出廣相宇宙學卻是在光線彎曲驗證之前的1917年,但他發(fā)現(xiàn)了一個可怕的事實,因為廣相宇宙學下的現(xiàn)代宇宙是動態(tài)的,但當時宇宙學的主流觀點卻是靜態(tài)的,偉大的愛因斯坦在此時退縮了,干了一件特別不符合愛因斯坦風格的事,他在廣義相對論的引力場公式上加了個宇宙常數(shù),以讓宇宙處在靜態(tài)模式下。

但1922年弗里德曼通過假設各向同性得到了一個弗里德曼方程,在這個方程中宇宙常數(shù)可以消除,從而得到了一個膨脹的宇宙,而勒梅特在5年之后獨立得到了這個結(jié)果。更喪氣的是1929年哈勃通過觀測得到了一個膨脹的宇宙!

絕版的照片+絕了的臺詞

所以愛因斯坦說,加上宇宙常數(shù)是他一輩子犯過的最大的錯,但其實這并不是,還有一個他為之奮斗終身的錯誤。

愛因斯坦是量子力學的開創(chuàng)者之一,但他也反對了一輩子量子力學

普朗克在黑體輻射上試圖統(tǒng)一維恩公式和瑞利-金斯公式時創(chuàng)立了量子這一概念,他將量子化的概念引入他拼湊出的公式中后大獲成功,這是量子第一次以不連續(xù)的方式出現(xiàn)在世人面前!

大約5年后的1905年3月份,愛因斯坦發(fā)表了關(guān)于光電效應的論文,從光量子的角度闡述了光量子在金屬表面轟擊出電子的過程,當然光電效應最早應該是赫茲首先發(fā)現(xiàn)的,可惜赫茲并沒有深究。

因此說愛因斯坦和普朗克兩人在二十世紀初為量子力學拉開了帷幕并不過分,但具有相當諷刺意味的是,這兩位偉大的量子論鼻祖在量子化這一概念上非常不徹底,仍然還抱著過去的麥克斯韋經(jīng)典電磁理論和因果論不放,當然絆腳石算不上,但愛因斯坦的反對造成了物理界對量子論認知上的分裂,產(chǎn)生了極為深遠的影響。

  • 上帝不擲骰子

量子論的戰(zhàn)場最初是從光子開始的,但戰(zhàn)線最長,涉及范圍最廣的卻是在電子的戰(zhàn)場上,玻爾在1913年提出了量子化并不徹底的原子模型,從此開始了玻爾和愛因斯坦之間將近半個世紀的恩恩怨怨,其中最著名的當然要算第五屆索爾維會議中,愛因斯坦和玻爾之間那個著名的爭吵“上帝不擲骰子”“愛因斯坦,你不要指揮上帝怎么做”。

背景:海森堡的矩陣力學和薛定諤的波動方程的源頭都是經(jīng)典的哈密頓函數(shù),但矩陣力學的出發(fā)點是從粒子的運動方程,薛定諤則是從波動方程出發(fā),不過薛定諤與泡利以及約爾當都證明了兩者在數(shù)學體系上是完全等價的!這預示著什么,還有矩陣力學古怪的乘法交換律以及波動方程中那個代表波函數(shù)的神秘希臘字母ψ,沒有人知道是什么!

波恩以敏銳的直覺發(fā)現(xiàn)了ψ的意義,它代表一種隨機,一種概率,ψ的平方代表了電子在某個地點出現(xiàn)的“概率”。波動方程或者說矩陣力學所能預言的只能是電子出現(xiàn)的概率,經(jīng)典物理的因果論,決定論就此破產(chǎn),物理進入了概率時代!

1927年3月海森堡發(fā)表了著名的不確定性原理,即:電子的位置和它的動量無法同時獲知。但再經(jīng)典也無法描述出電子的波粒二象性,不確定性原理只是從粒子的角度去考慮了電子的行為。

因此玻爾在1927年的科莫會議上提出了互補原理:電子的波和粒子在同一時刻是互斥的,但它們在更高的層次上是統(tǒng)一在一起的,電子的這一兩面被納入到一個整體中(當時仍不完備),但比較可惜的是愛因斯坦和薛定諤都未能出席:

玻爾在科莫會議上以《量子公設和原子論的最近發(fā)展》的演講第一次闡述了波-粒的二象性,用互補原理詳盡地闡明我們對待原子尺度世界的態(tài)度。他強調(diào)了觀測的重要性,聲稱完全獨立和絕對的測量是不存在的。

在第五屆索爾維會議上玻爾正式提出了著名的互補原理,和波恩的概率解釋,海森堡的不確定性原理,三者共同構(gòu)成了量子論中著名的“哥本哈根詮釋”核心。而愛因斯坦和玻爾的第一次正面交鋒也在這里發(fā)生了。愛因斯坦認為ψ的幾率分布暗示了一種超距作用,違背了相對論的信息傳遞不能超過光速的限制。愛因斯坦對因果論有著無比虔誠的信仰,他堅決不相信哥本哈根詮釋中的三個核心描述,特別是概率解釋,簡直令人不可接受。

老頭子不擲骰子,這是愛因斯坦在1926年寫給波恩的信中如是說道,老頭子是愛因斯坦對上帝的昵稱,但此時他將這句話又擲地有聲的對玻爾說道,但玻爾回敬毫不客氣:“愛因斯坦,別去指揮上帝應該怎么做!”

愛因斯坦在反對量子論的道路上是鑒定的,他不遺余力的提出各種思想實驗,在第六屆索爾維會議上提出了神秘光箱實驗,不過毫無懸念的被玻爾用愛因斯坦的廣義相對論所擊敗,不死心的愛因斯坦又在1935年和同事波多爾斯基和羅森一起發(fā)表論文《量子力學對物理實在的描述可能是完備的嗎?》提出了一個著名的思想實驗,一個不穩(wěn)定的大粒子衰變成兩個關(guān)聯(lián)的左右自旋的小粒子,根據(jù)守恒定律,那么在遙遠宇宙的兩端,它們將會出現(xiàn)超距聯(lián)系作用,出現(xiàn)違背相對論原理的超光速信號傳遞。這就是著名EPR佯謬。

EPR佯謬

當然玻爾認為,在觀測之前,它們?nèi)匀惶幵诏B加狀態(tài),無論它們身處何處,因此在觀測時候坍縮成左旋或者右旋根本不會出現(xiàn)所謂的瞬間傳遞信息的可能,

貝爾不等式

不過愛因斯坦并未就此就向玻爾屈服,但當時也無法驗證,不過在1953年,英國物理學家D·玻姆同樣認為哥本哈根詮釋對物理實在的解釋是不完備的,從而提出了隱變量理論,1965年貝爾在波姆的隱變量理論上提出了著名的貝爾不等式,但從1970年代至今,貝爾不等式給出的結(jié)果大都是否定的。

貝爾不等式實驗驗證示意圖

如果各位有興趣,也可以去了解下1982年巴黎奧賽光學研究所的阿斯派克特的實驗,這個實驗徹底證明了EPR只是一個佯謬,愛因斯坦徹底失敗了。

當然愛因斯坦早已在1955年去世,不過愛因斯坦到死也未能改變他試圖將物理回歸經(jīng)典面目的努力,這也許是他一輩子的遺憾,但這是量子物理的勝利。有很多人認為愛因斯坦是量子物理最大的絆腳石,但他的老對手玻爾并不怎么認為:愛因斯坦讓量子論更加完備!

愛因斯坦錯了嗎?大家應該各有評判!

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