99年后,爱因斯坦关于量子力学的信仍是物理学中最著名的论证

信中说der Alte(老家伙),不是上帝——而且是寄给那位因他所攻击的观点而获得诺贝尔奖的朋友。从专利局到2022年最终有利于他的奖项,这五个精炼词汇背后的爱因斯坦完整传记。

来源:19FortyFive

1926年12月,当时在世的最著名科学家坐下来回复他的朋友马克斯·玻恩(新兴量子力学的奠基人之一)的一封信,并写下了科学史上被引用最多的反对意见。世界记住的是“上帝不掷骰子。”正如本系列所预期的那样,这是润色后的版本,而非原句。爱因斯坦在1926年12月4日所写的内容更为微妙和奇特:他承认量子力学令人印象深刻,但内心的声音告诉他这还不是真正的理论;该理论提供了很多,但没有让任何人更接近“老头子”的秘密,而且他无论如何都确信“他不掷骰子。”“老头子”是爱因斯坦对宇宙规则制定者的戏称,而这封信的目标正是读信人,因为正是玻恩本人赋予了量子波函数其概率意义。

九十九年后的今天,随着百年纪念日将在今年12月到来,这句话仍然是物理学史上最深刻争论的最佳三秒总结,而这场争论的作者,根据他在写下这句话96年后获得诺贝尔奖的评判,输了。这是一个关于一个人如何能错得如此离谱,却仍是他那个世纪最伟大科学家的故事。

阿尔伯特·爱因斯坦与原子弹。图片来源:知识共享。

阿尔伯特·爱因斯坦:职员

阿尔伯特·爱因斯坦于1879年3月14日出生在德国乌尔姆,关于他学业的最著名事实是错误的:他从未在数学上不及格,而且根据他自己后来的说法,他在15岁时就已掌握了微积分。

真实版本更好。十六岁时,他未能通过苏黎世联邦理工学院的入学考试,在数学和物理部分表现出色,但在其他部分未达标。

他在瑞士一所中学学习了一年,然后被录取。1900年毕业后,他未能获得学术职位,因此,这位世纪最伟大的理论物理学家以伯尔尼瑞士专利局三级技术审查员的身份开始了他的职业生涯,白天审查发明,利用业余时间研究物理。

从那张办公桌,在1905年,26岁时,诞生了奇迹之年:四篇论文,其中任何一篇都足以成就一番事业。一篇通过提出光本身以离散量子形式存在来解释光电效应,具有讽刺意味的是,这成为他余生所抗拒的量子理论的奠基文件。

一篇通过布朗运动证明了原子的物理实在。一篇引入了狭义相对论,重塑了我们对空间和时间的理解。还有一篇简短的后续论文推导出了质能等价,即世界所知的E=mc²关系。

巅峰

他的崛起使他先后在苏黎世和布拉格担任教授,于1914年到达柏林,在那里,1915年11月,他完成了广义相对论,将引力本身重新解释为时空的曲率。

当1919年亚瑟·爱丁顿领导的一次英国日食远征队确认星光以理论预测的量围绕太阳弯曲时,爱因斯坦醒来时获得了前所未有的名声;他蓬乱的头发和小提琴成为全球标志。

1921年诺贝尔奖随之而来,这里有一个历史上伟大的冷知识修正:它并非因相对论而获奖——委员会当时仍认为其未经验证——而是因光电效应,即那篇量子论文。

相对论的创始人因创立量子理论而获得诺贝尔奖,这使得接下来发生的事情成为科学史上最丰富的讽刺之一。

争论

在20世纪20年代中期,玻恩、维尔纳·海森堡、尼尔斯·玻尔和一代杰出人才将量子力学构建成一个完整的体系,其核心是概率:该理论会告诉你结果的概率,而没有更深层的机制决定哪个结果发生。

它效果显著。爱因斯坦从未否认它有效;他1926年的信在第一句话中就承认了该理论的力量。

他无法接受的是它已经完成,即偶然性位于世界底层,没有更深层的东西,在他的余生中,他不断探寻缺失的底层。

在1927年和1930年的索尔维会议上,他与玻尔用精妙的思想实验进行交锋,每一个都被耐心地拆解,他们的交锋成为传奇,包括著名的反驳,据称由不耐烦的玻尔以某种形式说出,即爱因斯坦不应告诉上帝该做什么;学术记录指出,实际的交流比传闻中的戏剧性要小。

1935年,爱因斯坦在EPR论文中尖锐地提出了他的反对意见,认为量子力学意味着关联的粒子能瞬间跨越任何距离相互影响,他后来在给玻恩的一封信中嘲笑这是“鬼魅般的超距作用”,这种荒谬证明了该理论是不完整的。

这种嘲笑适得其反。约翰·贝尔在1964年展示了如何测试它,实验者测试了数十年,而2022年诺贝尔物理学奖授予了其中三人,以证明鬼魅作用确实存在,纠缠是自然的真实,而爱因斯坦所希望的隐藏齿轮(任何局域形式)都不存在。

他输掉了这场争论,而这次失败是科学史上最具生产力的失败:他斥为荒谬的纠缠现在为量子计算、量子密码学和整个信息科学领域提供动力,这些领域的存在是因为他的反对意见迫使问题被提出。玻恩本人于1954年获得诺贝尔奖,正是因为他朋友的信所攻击的概率解释,两人通过信件热烈争论,直至生命尽头。

难民和他后悔的信

历史给这场抽象争论一个可怕的续篇。

当希特勒于1933年掌权时,爱因斯坦——一个犹太人,其书籍被焚毁——放弃了他的德国国籍,并在普林斯顿高等研究院定居,度过余生。1939年8月,在物理学家利奥·西拉德敦促下,他签署了给罗斯福总统的信,警告德国可能制造原子弹,这封信启动了后来成为曼哈顿计划的项目。

胖子核弹,来自美国空军国家博物馆。19FortyFive.com图片。

Mark-17核弹 19FortyFive.com图片

核轰炸机图片由19FortyFive.com在美国空军国家博物馆拍摄

精确性很重要,记录很清楚:爱因斯坦深度参与了那封信本身,但他对武器物理学知之甚少,从未获得安全许可参与核弹工作,对其设计也毫无贡献。

当战争结束,德国从未接近制造出核弹时,他直言不讳,说如果他知道德国人不会成功,他就不会动一根手指。

他生命的最后十年致力于反对被他方程困扰的武器,用本出版物之前以各自润色方式追踪过的话警告说,第四次世界大战将用棍棒和石头进行。

他于1952年拒绝了以色列总统职位,坚持研究他的统一场理论直到最后,于1955年4月18日在普林斯顿去世,拒绝接受可能为他争取时间的手术,床头放着一页页方程式。他被火化,骨灰按他的意愿撒在一个未公开的地点:没有坟墓,没有神龛。

99年后的这句话

掷骰子这句话之所以流传,是因为它浓缩了一位伟大科学家用他的权威赌世界秩序有多深,并以最体面的方式犯错:公开地,有理有据地,针对朋友,持续三十年。

润色成“上帝不掷骰子”使它失去了温度;原版带有戏谑的“老头子”和内心声音,是朋友之间的调侃,而非先知的雷霆。它所引发的争论是罕见的,失去的比赢得的更多,因为今天运行的每一台量子计算机,在某种意义上,都是爱因斯坦发起并输掉的辩论的战利品。

九十九年过去了,随着百年纪念日将在今年12月到来,骰子仍在滚动,正如他坚持不可能那样,而证明它的科学站在他拒绝相信的肩膀上。

关于作者:哈里·J·卡齐亚尼斯

哈里·J·卡齐亚尼斯是位于华盛顿特区的国家利益中心前国家安全事务高级主任,该中心是理查德·尼克松创立的外交政策智库。哈里在智库和国家安全出版领域拥有超过十年的经验。他的观点曾在《纽约时报》、《华盛顿邮报》、《华尔街日报》、CNN等多家媒体发表。他曾任职于战略与国际研究中心、传统基金会、诺丁汉大学以及其他几家与国家安全研究和学习相关的机构。他曾是《国家利益》和《外交官》杂志的执行编辑。他拥有哈佛大学国际事务方向的硕士学位。