爱因斯坦改行去钓鱼,对科学也没什么损失,他这是犯了多大错误?

星辰大海路上的种花家

发布时间:19-12-1312:02

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爱因斯坦犯过两个最大的错误,一个是他承认的宇宙常数问题,另一个是他一起开创,但却爱恨交加反对了一辈子的量子力学。著名的爱因斯坦研究专家亚伯拉罕·帕斯在《爱因斯坦曾住在这里》一书中说就算1925年后,爱因斯坦改行钓鱼以度过余生,这对科学来说也没什么损失。下面来看伟大的爱因斯坦到底犯了多大错,居然沦落到钓鱼都没啥影响?

关于宇宙常数

牛顿开创的经典力学时代曾经有过300多年的辉煌,无数科学家为之努力与奋斗,拉普拉斯以此为基础为其开启经典天体力学,勒维耶以此计算发现了海王星,更有开尔文勋爵的大言不惭“未来的物理学只能在小数点后6位寻找存在”,普朗克导师建议他改行……但其实就像开尔文勋爵说的两朵乌云,第一朵乌云出现在光的波动理论上,第二朵乌云出现在关于能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论上,前者直接导致了狭义相对论的诞生,而后者则是开启了量子力学的大门!

而爱因斯坦犯的错误却是在广义相对论上,狭义相对论是集众人大成,但广相却是爱因斯坦独立思考的理论。1916年推出后首先就被用来解决1849年勒维耶发现的水星进动问题,完美解决!而史瓦西拿它解出了天体坍缩成黑洞的史瓦西度规,还预言了光线弯曲!

广义相对论描绘的宇宙

但爱因斯坦将广相应用到宇宙学上推出广相宇宙学却是在光线弯曲验证之前的1917年,但他发现了一个可怕的事实,因为广相宇宙学下的现代宇宙是动态的,但当时宇宙学的主流观点却是静态的,伟大的爱因斯坦在此时退缩了,干了一件特别不符合爱因斯坦风格的事,他在广义相对论的引力场公式上加了个宇宙常数,以让宇宙处在静态模式下。

但1922年弗里德曼通过假设各向同性得到了一个弗里德曼方程,在这个方程中宇宙常数可以消除,从而得到了一个膨胀的宇宙,而勒梅特在5年之后独立得到了这个结果。更丧气的是1929年哈勃通过观测得到了一个膨胀的宇宙!

绝版的照片+绝了的台词

所以爱因斯坦说,加上宇宙常数是他一辈子犯过的最大的错,但其实这并不是,还有一个他为之奋斗终身的错误。

爱因斯坦是量子力学的开创者之一,但他也反对了一辈子量子力学

普朗克在黑体辐射上试图统一维恩公式和瑞利-金斯公式时创立了量子这一概念,他将量子化的概念引入他拼凑出的公式中后大获成功,这是量子第一次以不连续的方式出现在世人面前!

大约5年后的1905年3月份,爱因斯坦发表了关于光电效应的论文,从光量子的角度阐述了光量子在金属表面轰击出电子的过程,当然光电效应最早应该是赫兹首先发现的,可惜赫兹并没有深究。

因此说爱因斯坦和普朗克两人在二十世纪初为量子力学拉开了帷幕并不过分,但具有相当讽刺意味的是,这两位伟大的量子论鼻祖在量子化这一概念上非常不彻底,仍然还抱着过去的麦克斯韦经典电磁理论和因果论不放,当然绊脚石算不上,但爱因斯坦的反对造成了物理界对量子论认知上的分裂,产生了极为深远的影响。

上帝不掷骰子量子论的战场最初是从光子开始的,但战线最长,涉及范围最广的却是在电子的战场上,玻尔在1913年提出了量子化并不彻底的原子模型,从此开始了玻尔和爱因斯坦之间将近半个世纪的恩恩怨怨,其中最著名的当然要算第五届索尔维会议中,爱因斯坦和玻尔之间那个著名的争吵“上帝不掷骰子”“爱因斯坦,你不要指挥上帝怎么做”。

背景:海森堡的矩阵力学和薛定谔的波动方程的源头都是经典的哈密顿函数,但矩阵力学的出发点是从粒子的运动方程,薛定谔则是从波动方程出发,不过薛定谔与泡利以及约尔当都证明了两者在数学体系上是完全等价的!这预示着什么,还有矩阵力学古怪的乘法交换律以及波动方程中那个代表波函数的神秘希腊字母ψ,没有人知道是什么!

波恩以敏锐的直觉发现了ψ的意义,它代表一种随机,一种概率,ψ的平方代表了电子在某个地点出现的“概率”。波动方程或者说矩阵力学所能预言的只能是电子出现的概率,经典物理的因果论,决定论就此破产,物理进入了概率时代!

1927年3月海森堡发表了著名的不确定性原理,即:电子的位置和它的动量无法同时获知。但再经典也无法描述出电子的波粒二象性,不确定性原理只是从粒子的角度去考虑了电子的行为。

因此玻尔在1927年的科莫会议上提出了互补原理:电子的波和粒子在同一时刻是互斥的,但它们在更高的层次上是统一在一起的,电子的这一两面被纳入到一个整体中(当时仍不完备),但比较可惜的是爱因斯坦和薛定谔都未能出席:

玻尔在科莫会议上以《量子公设和原子论的最近发展》的演讲第一次阐述了波-粒的二象性,用互补原理详尽地阐明我们对待原子尺度世界的态度。他强调了观测的重要性,声称完全独立和绝对的测量是不存在的。

在第五届索尔维会议上玻尔正式提出了著名的互补原理,和波恩的概率解释,海森堡的不确定性原理,三者共同构成了量子论中著名的“哥本哈根诠释”核心。而爱因斯坦和玻尔的第一次正面交锋也在这里发生了。爱因斯坦认为ψ的几率分布暗示了一种超距作用,违背了相对论的信息传递不能超过光速的限制。爱因斯坦对因果论有着无比虔诚的信仰,他坚决不相信哥本哈根诠释中的三个核心描述,特别是概率解释,简直令人不可接受。

老头子不掷骰子,这是爱因斯坦在1926年写给波恩的信中如是说道,老头子是爱因斯坦对上帝的昵称,但此时他将这句话又掷地有声地对玻尔说道,但玻尔回敬毫不客气:“爱因斯坦,别去指挥上帝应该怎么做!”

爱因斯坦在反对量子论的道路上是鉴定的,他不遗余力地提出各种思想实验,在第六届索尔维会议上提出了神秘光箱实验,不过毫无悬念地被玻尔用爱因斯坦的广义相对论所击败,不死心的爱因斯坦又在1935年和同事波多尔斯基和罗森一起发表论文《量子力学对物理实在的描述可能是完备的吗?》提出了一个著名的思想实验,一个不稳定的大粒子衰变成两个关联的左右自旋的小粒子,根据守恒定律,那么在遥远宇宙的两端,它们将会出现超距联系作用,出现违背相对论原理的超光速信号传递。这就是著名EPR佯谬。

EPR佯谬

当然玻尔认为,在观测之前,它们仍然处在叠加状态,无论它们身处何处,因此在观测时候坍缩成左旋或者右旋根本不会出现所谓的瞬间传递信息的可能,

贝尔不等式

不过爱因斯坦并未就此就向玻尔屈服,但当时也无法验证,不过在1953年,英国物理学家D·玻姆同样认为哥本哈根诠释对物理实在的解释是不完备的,从而提出了隐变量理论,1965年贝尔在波姆的隐变量理论上提出了著名的贝尔不等式,但从1970年代至今,贝尔不等式给出的结果大都是否定的。

贝尔不等式实验验证示意图

如果各位有兴趣,也可以去了解下1982年巴黎奥赛光学研究所的阿斯派克特的实验,这个实验彻底证明了EPR只是一个佯谬,爱因斯坦彻底失败了。

当然爱因斯坦早已在1955年去世,不过爱因斯坦到死也未能改变他试图将物理回归经典面目的努力,这也许是他一辈子的遗憾,但这是量子物理的胜利。有很多人认为爱因斯坦是量子物理最大的绊脚石,但他的老对手玻尔并不怎么认为:爱因斯坦让量子论更加完备!

爱因斯坦错了吗?大家应该各有评判!

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