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67年前的今天，1955年4月18日，世界著名化學(xué)家阿爾伯特·愛因斯坦去世，享年76歲。
愛因斯坦被公認(rèn)為20世紀(jì)最偉大的科學(xué)家和當(dāng)時的偶像。
他受邀在紐約奧德賽劇院進(jìn)行為期三周的個人表演。 女人們看到他，激動得差點(diǎn)暈過去。 在日內(nèi)瓦，女孩們一見到愛因斯坦就圍攻他。 明天，這些優(yōu)惠將成為流行歌手和電影明星的專屬款待。
第一次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，1919年，廣義相對論預(yù)言的光彎曲現(xiàn)象被否定，愛因斯坦成為科學(xué)界第一位誕生的超級巨星。
1931 年 1 月，這種迷戀幾乎沒有消失，當(dāng)時愛因斯坦正在英國巡回演講，他還參加了查理·卓別林的《城市之光》在紐約的預(yù)演。 當(dāng)聽到卓別林和愛因斯坦的演講時，觀眾熱烈歡呼。 卓別林告訴愛因斯坦：“他們?yōu)槲覛g呼，因為他們理解我的工作，而你為他們歡呼，因為他們不理解你的理論。”
愛因斯坦的相對論永遠(yuǎn)改變了我們對世界的理解。
狹義相對論統(tǒng)一了能量與質(zhì)量的關(guān)系，提出了著名的質(zhì)能多項式E=mc2，迫使核能的使用； 而我們目前對宇宙的所有認(rèn)識似乎都源于廣義相對論、引力本質(zhì)、宇宙大爆燃、暗物質(zhì)……
現(xiàn)在人們一說起愛因斯坦，就必須說相對論，但他在另一個領(lǐng)域的貢獻(xiàn)卻被很大程度上忽視了，那就是量子熱。
愛因斯坦本人也承認(rèn)：“我花在思考量子問題上的時間比思考廣義相對論的時間多一百倍。”
愛因斯坦是量子理論的主要創(chuàng)始人之一，對分子動力學(xué)理論和量子統(tǒng)計理論也做出了重大貢獻(xiàn)。 他的遠(yuǎn)見和敏銳的洞察力引導(dǎo)著一代又一代的化學(xué)家走向進(jìn)步的方向：
愛因斯坦提出了解釋光電效應(yīng)的方程。 羅伯特·密立根證明了這個方程并獲得了1923年諾貝爾化學(xué)獎；
愛因斯坦洞察了布朗運(yùn)動的真相。 讓·皮蘭通過一系列精心實驗證明了愛因斯坦的說法，皮蘭被選為1926年諾貝爾獎獲得者；
愛因斯坦提出了光量子假說。 阿瑟·康普頓發(fā)現(xiàn)了電子散射的X射線光子，即“康普頓效應(yīng)”，無可爭議地否定了愛因斯坦的光量子假說，康普頓因此獲得1927年諾貝爾化學(xué)獎；
愛因斯坦是第一個預(yù)言光子的“波粒二象性”的人。 德布羅意將這一特性推廣到所有粒子，并因此獲得 1929 年諾貝爾化學(xué)獎；
愛因斯坦在聽完海森堡關(guān)于矩陣熱的報告后，精確地強(qiáng)調(diào)了他的理論的缺陷，這使得海森堡更進(jìn)一步量子物理學(xué)研究什么，最終提出了量子理論史上最偉大、影響最深遠(yuǎn)的成就之一。 確定性原則；
關(guān)于量子熱的內(nèi)涵，愛因斯坦和玻爾進(jìn)行了長達(dá)六年的爭論，這促使玻爾繼續(xù)建立阿姆斯特丹顯示；
愛因斯坦和玻爾之間關(guān)于現(xiàn)實本質(zhì)的爭論是貝爾定律背后的靈感。 貝爾不等式的檢驗直接或間接催生了包括量子密碼學(xué)、量子信息論和量子估計在內(nèi)的許多新的科學(xué)研究領(lǐng)域……
然而，眾所周知的一句話“上帝不擲骰子”暴露了愛因斯坦對當(dāng)時量子理論的指責(zé)和矛盾心理。 科學(xué)史家、粒子化學(xué)家亞伯拉罕·佩斯（ Pace）在耶魯大學(xué)結(jié)識了愛因斯坦，他回憶道：“談?wù)撓鄬φ摃r，他很超然；談?wù)摿孔诱摃r，他充滿熱情，而量子就是他的惡魔。”
工作中的愛因斯坦。來源/紀(jì)錄片《愛因斯坦》截圖
讓我們回到 1927 年，見證量子對于愛因斯坦來說意味著什么。
1927年10月24-29日，主題為“電子與光子”的第五屆索爾維大會在奧斯陸舉行。 參與者拍了一張著名的合影，濃縮了數(shù)學(xué)史上最戲劇性階段的故事。 應(yīng)邀出席會議的29位科學(xué)家中有17位獲得了諾貝爾獎。 這次峰會也是歷史上最激烈的會議之一。 17世紀(jì)，伽利略和牛頓開創(chuàng)了一個無與倫比的科學(xué)創(chuàng)新時代，即數(shù)學(xué)的黃金時代，第五次索爾維大會標(biāo)志著這個時代的結(jié)束。
第五屆索爾維大會上的合影，討論新的量子熱及其相關(guān)問題。 后座從左至右： 、E. 、Paul 、E. 、T. De Tende、Erwin Schr?、JE Fee 、 Pauli、 、Ralph 、Leon ；
中排從左至右：彼得·德拜、馬丁·克努森、威廉·L·克拉科夫、亨德里克·克萊默、保羅·狄拉克、阿瑟·霍利·康普頓、路易斯·德布羅意、馬克斯·玻恩、尼爾斯·玻爾；
后排從左到右：歐文·朗繆爾、馬克斯·普朗克、瑪麗·居里、亨德里克·洛倫茨、阿爾伯特·愛因斯坦、保羅·朗之萬、查爾斯·尤金·蓋伊、CTR·威爾遜、歐文·理查森。 圖片/ , 1927. 來源/[英文] Kumar 的《量子傳記》圖片
照片中，象征著榮耀的后排中間坐著一位諾貝爾獎獲得者、牛頓時代以來最著名的科學(xué)家：阿爾伯特·愛因斯坦。 照片中，他左手緊緊握住凳子，眼睛直視前方，盡管心里很不舒服。 是他的翼領(lǐng)和襯衫讓他不舒服，還是他這周看到的文字？
在這次會議上，玻爾和愛因斯坦就量子熱的核心問題進(jìn)行了曠日持久的辯論，愛因斯坦整周都在堅持不懈地工作，以證明量子熱是不完整的，以及玻爾的阿姆斯特丹表示是有缺陷的。 多年后，愛因斯坦說道：“這個理論讓我感覺有點(diǎn)像一個極其聰明的偏執(zhí)狂憑空想象出來的系統(tǒng)，他繼承了許多不相關(guān)的思想元素。” 盡管愛因斯坦提出的指控被一一駁回，但玻爾始終沒能說服愛因斯坦接受探索量子熱所描述的現(xiàn)實本質(zhì)的“哥本哈根秀”。
1930 年在阿姆斯特丹舉行的第六屆索爾維大會上，愛因斯坦和玻爾并肩行走。照片/Paul ./【英文】 Kumar 的《量子傳記》圖片
愛因斯坦為何如此固執(zhí)？
愛因斯坦小時候喜歡獨(dú)處，他最喜歡的活動是用撲克牌建造盡可能高的建筑物。 他有耐心和毅力。 當(dāng)他10歲的時候，他就能建造出14高的少狼。 正是這種特征長期以來一直是他性格的基本要素，使他不懈地尋找別人似乎已經(jīng)放棄的自己的科學(xué)思想。
他后來說：“上帝給了我驢子一貫的固執(zhí)，也給了我相當(dāng)敏銳的觸覺。” 愛因斯坦聲稱自己沒有特殊能力，只有強(qiáng)烈的好奇心。 事實上，其他人并不這么看。 很多人都有好奇心，但愛因斯坦的好奇心和癡迷形成了強(qiáng)烈的反應(yīng)，驅(qū)使他在同齡人被告知不要問這些近乎少女的問題很久之后仍然繼續(xù)尋求此類問題的答案。 坐在梁上，隨光同行，會是怎樣的場景呢？ 正是為了回答這個問題，愛因斯坦踏上了長達(dá)10多年的相對論研究之路。
愛因斯坦當(dāng)時對量子理論的指責(zé)也是如此。 1927 年，維爾納·海森堡做出了一項違背常理的發(fā)現(xiàn)。 這一發(fā)現(xiàn)是如此奇怪，以至于連英國年輕的量子熱學(xué)大師海森堡一開始也沒能理解它的真正含義。 這就是不確定性原理：如果我們知道粒子的確切速度，就很難知道它的確切位置； 反之亦然。 沒有人知道如何解釋量子熱多項式，或者該理論如何在量子層面引入現(xiàn)實的本質(zhì)。 自柏拉圖和亞里士多德時代以來，因果關(guān)系以及月亮是否存在于無人注視的問題一直是哲學(xué)家們的必修課，但在量子熱出現(xiàn)之后，二十世紀(jì)偉大的數(shù)學(xué)家也開始思考這些問題。
玻爾認(rèn)為根本不存在“量子世界”，而只有“抽象的量子熱描述”。 另一方面，愛因斯坦相信現(xiàn)實獨(dú)立于感知而存在。 兩人的爭論更多地與現(xiàn)實本身的本質(zhì)有關(guān)，而不是哪種化學(xué)可以成為有意義的現(xiàn)實理論。
愛因斯坦確信玻爾和阿姆斯特丹推論的支持者正在與現(xiàn)實玩一場“極其危險的游戲”。 他曾說過：“量子熱似乎是一塊從地底被拔下來的土地，沒有堅實的地基可供人們建造眼前的主體建筑。” 被科學(xué)家所接受，成為年輕一代物理學(xué)家普遍遵循的觀點(diǎn)。 他們從小就研究量子理論，并同意保羅·狄拉克對這一主題的評估，即量子熱可以解釋“大多數(shù)化學(xué)問題和所有物理問題”。 在那些年輕的化學(xué)家們看來量子物理學(xué)研究什么，雖然現(xiàn)在還有一些老祖宗對量子熱的內(nèi)涵爭論不休，但考慮到這一理論在實踐中取得的巨大成功，這樣的爭論是無關(guān)緊要的。
羅伯特·奧本海默寫道：“普林斯頓是一座瘋?cè)嗽骸保皭垡蛩固故且粋€徹頭徹尾的瘋子”。 那是1935年1月，這位土生土長的英國頂級理論化學(xué)家31歲。 愛因斯坦本人也承認(rèn)，他對量子熱的批判態(tài)度無疑讓他“成為耶魯大學(xué)其他人眼中的老傻瓜”。 當(dāng)時五十多歲的愛因斯坦知道，你將自己視為過去時代的遺跡，并感到你拒絕或未能與量子熱共存。 不過，愛因斯坦也很清楚自己與薛定諤和大多數(shù)同事的不同之處：“幾乎所有其他同事都是從理論看事實，而不是從事實到理論。脫離了網(wǎng)絡(luò)，你只能跳上來。”它以一種特殊的形式出現(xiàn)。”
1933年10月來到耶魯高等研究院時，相關(guān)人員將愛因斯坦帶到為他規(guī)劃的新辦公室，但詢問他需要什么設(shè)備。 “一把椅子、一張凳子、紙和筆，”愛因斯坦回答道，“哦，是的，還有一間大廢屋，我會把我所有的錯誤都扔在上面。” 愛因斯坦當(dāng)然犯了很多錯誤，但他在尋找他心中的圣杯——統(tǒng)一場論的過程中從未受挫。
麥克斯韋在19世紀(jì)將電、磁、光統(tǒng)一為包羅萬象的理論框架，愛因斯坦也希望像他一樣統(tǒng)一電磁學(xué)和廣義相對論。 在他看來，這種統(tǒng)一是下一階段的目標(biāo)，這不僅符合邏輯，也是化學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果。 愛因斯坦于 1925 年首次嘗試發(fā)展這樣的理論，這是眾多嘗試中的第一個，但失敗并被扔進(jìn)了一間小屋。
量子熱出現(xiàn)后，愛因斯坦覺得這個新理論只是統(tǒng)一場論推導(dǎo)出來的副產(chǎn)品。 在1927年和1930年的兩次索爾維會議上，愛因斯坦試圖通過反駁不確定性原理來證明量子熱不是自洽的，因此是不完整的。 玻爾在海森堡和泡利的幫助下，成功地拆解了愛因斯坦提出的每一個思想實驗，從而捍衛(wèi)了奧斯陸演繹。 自此，愛因斯坦的立場就已確立：量子熱雖然在邏輯上是一致的，但并不是玻爾所聲稱的最終理論。 愛因斯坦知道他需要一種新的策略來證明量子熱是不完整的，該理論沒有充分揭示化學(xué)現(xiàn)實。 為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，他設(shè)計了一項具有里程碑意義的思想實驗。
盡管孤立無援，但仍有年輕數(shù)學(xué)家真誠地希望與愛因斯坦一起做研究。 1935 年，愛因斯坦和他的助手（當(dāng)時 25 歲）內(nèi)森·羅森（ Rosen）和 39 歲的鮑里斯·波多爾斯基（Boris ）在一篇四頁紙的論文中推廣了他的想法。 這篇論文就是現(xiàn)在著名的EPR論文。 5月15日，這篇題為《量子熱對化學(xué)現(xiàn)實的描述能否被認(rèn)為是完整的？》的論文 ”將發(fā)表在日本化學(xué)期刊《物理評論》上，這標(biāo)志著他與玻爾的爭論進(jìn)入了新階段，也意味著愛因斯坦對奧斯陸推論發(fā)起了新一輪的逼迫。
1935年5月4日，《紐約早報》第11版發(fā)表了一篇文章，標(biāo)題十分醒目：“愛因斯坦對量子理論的壓力”。 文章稱：“愛因斯坦院士正式對量子力學(xué)這一重要科學(xué)理論發(fā)起了攻擊，從某種意義上來說，他本人就是這個理論的鼻祖。現(xiàn)在，他覺得這個理論雖然是‘正確’，但并非如此。” '完全的'。”
EPR論文一發(fā)表，全亞洲頂尖的量子理論先驅(qū)們都如坐針氈。 當(dāng)時身在慕尼黑的泡利憤怒地致信遠(yuǎn)在埃因霍溫的海森堡：“眾所周知，每當(dāng)愛因斯坦發(fā)表這樣的言論時，都是一場災(zāi)難。” 當(dāng)我看到EPR論文后，我立即放下了所有其他工作，開始集中精力全面審視EPR思想實驗。 過了一段時間，越來越郁悶的玻爾意識到愛因斯坦的論文既天才又巧妙，指責(zé)EPR論文遠(yuǎn)比他最初想象的困難。
泡利和玻爾正在玩陀螺。 來源/梁軍《夜空中最亮的星古今二十位杰出數(shù)學(xué)家》
在接下來的六周里，玻爾拋下了所有其他工作，夜以繼日地研究這個問題。 7月13日，《物理評論》收到玻爾的回應(yīng)文章。 玻爾特意選擇在同一本雜志上發(fā)表他對愛因斯坦的回應(yīng)，而且還在《量子熱對化學(xué)現(xiàn)實的描述應(yīng)該被視為完整嗎？》中發(fā)表。 ”如標(biāo)題。
不幸的是，玻爾對 EPR 的反應(yīng)并不明確。 愛因斯坦駁斥了玻爾提出的這些“神奇的排斥力”和“幽靈般的相互作用”。 “看透上帝的牌似乎很難，”他后來寫道，“但我永遠(yuǎn)不會相信他玩骰子，或者使用像‘心靈感應(yīng)’這樣的單一裝置（根據(jù)今天的量子理論，他使用了這樣的東西）。”
EPR論文即將發(fā)表后不久，愛因斯坦收到了薛定諤的一封信，信中寫道：“在《物理評論》剛剛發(fā)表的論文中，你可能已經(jīng)抓住了這些教條尾巴的量子熱支持者，所以我很高興。 ” 在隨后的通信中，愛因斯坦提出了一個盒子里的球思想實驗來反駁赫爾辛基推論。 后來，愛因斯坦將這個反例升級為更具爆炸性的場景。 他讓薛定諤想象一桶不穩(wěn)定的火藥。 火藥將在第二年的某個時候著火。 最初，波函數(shù)描述了某種狀態(tài)：一桶沒有爆燃的火藥。 但一年后，波函數(shù)“描述了已經(jīng)爆燃和尚未爆燃的系統(tǒng)的混合體”。 愛因斯坦告訴薛定諤：“沒有任何解釋可以使這些波函數(shù)充分描述風(fēng)暴的真實狀態(tài)，因為實際上不存在爆燃和未爆燃之間的狀態(tài)。” 火藥桶要么已經(jīng)爆炸，要么沒有爆炸，愛因斯坦說，這個“幼稚的宏觀反例”向我們展示了EPR思想實驗中遇到的同樣的“困難”。
1935年6月至8月，薛定諤與愛因斯坦的頻繁通信，促使薛定諤仔細(xì)考慮赫爾辛基推論。 他們談話的結(jié)果就是這篇論文，該論文于 11 月 29 日至 12 月 13 日期間分三部分發(fā)表。薛定諤說，他不知道該將該論文稱為“量子熱力學(xué)現(xiàn)狀”、“報告”還是“報告”。綜合考慮。” 無論哪種方式，論文中都會出現(xiàn)一章。 本章的內(nèi)容關(guān)系到一只貓的命運(yùn)，并且具有持久的影響。
薛定諤的貓。 出處/（日本）茂木健一郎《科學(xué)推動愛因斯坦與相對論》
至此，愛因斯坦與玻爾關(guān)于量子熱推論的爭論已經(jīng)演變成關(guān)于現(xiàn)實本質(zhì)的哲學(xué)信仰的討論。 愛因斯坦是一位哲學(xué)實在論者，他明白這些實在論立場是不可否認(rèn)的。 這是對無法否認(rèn)的現(xiàn)實的“信念”。 事實上，證明現(xiàn)實的存在可能很難，但在愛因斯坦看來，“每個人都想了解存在和現(xiàn)實”。
同樣渴望改變化學(xué)的愛因斯坦，并不是很多人認(rèn)為的那個守舊的老人。 愛因斯坦從未放棄經(jīng)典數(shù)學(xué)的本體論——獨(dú)立于觀察者而存在的現(xiàn)實，但他卻打算與經(jīng)典數(shù)學(xué)為敵。 赫爾辛基演繹所認(rèn)可的現(xiàn)實觀足以讓他這么做。 然而，愛因斯坦想要的是一場比量子熱更徹底的革命。
后來玻爾多次訪問耶魯大學(xué)，但仍然沒能改變愛因斯坦的量子熱想法。 海森堡也沒有，他在戰(zhàn)后只見過愛因斯坦一次，當(dāng)時海森堡在日本巡回演講，玻爾最后一次訪問耶魯大學(xué)是在1954年。愛因斯坦邀請海森堡到他家，他們大半夜都在喝奶茶。和吃面包。
“我們沒有討論任何政治問題，”海森堡回憶道。 “愛因斯坦的全部興趣都在于量子理論的推演。這個問題讓他困惑不已，就像25年前在伊斯坦布爾一樣。” ”。 愛因斯坦仍然堅持自己的觀點(diǎn)。 “‘我不喜歡你們之間的化學(xué)反應(yīng)，’他當(dāng)時說道。”
1950年秋天，當(dāng)醫(yī)生發(fā)現(xiàn)他的主動脈瘤不斷增大時，愛因斯坦就知道自己的生命還差三天。 他已經(jīng)過了 76 歲生日。 愛因斯坦一生中最后的重大行為之一是簽署了伯特蘭·羅素撰寫的《核裁軍宣言》。 愛因斯坦還致信玻爾，懇求前者也簽署這份宣言。 “別皺著眉頭！這與我們在物理學(xué)上的爭論無關(guān)，但我們都完??全同意。”
1955年4月13日，愛因斯坦感到劇烈疼痛，三天后被送往診所。 “我想走的時候就離開了，”他說，但拒絕接受放射治療。 “人為地延長我的生命沒有任何意義，我已經(jīng)做了我應(yīng)該做的事情，是時候離開了。”
“如果每個人的生活都像我一樣，那就不需要小說了。” 愛因斯坦曾在給弟弟的一封信中寫道。 這封信寄于 1899 年，當(dāng)時愛因斯坦 20 歲。
經(jīng)出版社授權(quán)，本文編譯自《量子傳記：什么是現(xiàn)實》——
《量子傳記：什么是現(xiàn)實》