第五次索爾維大會(huì)結(jié)束之后,愛因斯坦并沒有舍棄對(duì)世界的精典描述,他一直覺得量子熱學(xué)對(duì)世界本質(zhì)的解釋并不完備。
例如說,奧斯陸的機(jī)率解釋,愛因斯坦覺得這只能算得上是對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的機(jī)率描述,并不符合單個(gè)量子客體,由于愛因斯坦覺得單個(gè)量子客體具有確定的化學(xué)量,只是我們?nèi)缃襁€未能掌握而已,所以只能退而求其次,給出機(jī)率解釋。
同樣的,他也對(duì)測(cè)不準(zhǔn)原理很不滿意,他決定此次從測(cè)不準(zhǔn)原理入手,證明量子熱學(xué)的邏輯不一致,因而證明量子熱學(xué)現(xiàn)今還算不上是一個(gè)完備的理論。
1930年的10月,愛因斯斯坦在第六次索爾維大會(huì)上,提出了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn),這就是我們熟知的“愛因斯坦光盒”。
愛因斯坦說,現(xiàn)今有一個(gè)不透明的袋子,在袋子上開有一個(gè)小孔,上面裝著一些光子,還有一個(gè)掛鐘,這個(gè)掛鐘作為計(jì)時(shí)裝置鏈接這一個(gè)快門,可以控制小孔的開合。
整個(gè)裝置用彈簧掛在支架上,下邊有一個(gè)配重G,如今我們把袋子里的掛鐘和外邊的掛鐘對(duì)好鐘,也就是兩個(gè)掛鐘的時(shí)間是同步的。
如今袋子上小孔處的快門頓時(shí)打開,之后閉合,在這個(gè)過程中只容許一個(gè)光子逃逸,快門打開到閉合,這個(gè)極短的時(shí)間Δt可以按照外邊的掛鐘測(cè)下來(lái),由于上面的掛鐘和外邊的掛鐘是同步的。
所以我們?nèi)缃窬蜋z測(cè)出了時(shí)間,這個(gè)化學(xué)量,因?yàn)楣庾语w出去之后,整個(gè)袋子的質(zhì)量會(huì)降低,質(zhì)量變化的量Δm可以按照袋子上的表針檢測(cè)下來(lái);
之后按照,質(zhì)能多項(xiàng)式我們就能否曉得能量的變化量ΔE,這樣我們就同時(shí)確切地檢測(cè)出了時(shí)間和能量這兩個(gè)化學(xué)量。
這么你赫爾辛基說的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系就不創(chuàng)立。玻爾聽了這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)之后,頓時(shí)就懵了,覺得此次像是被愛因斯坦擊中了要害。
他一時(shí)間想不出這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)?zāi)睦镉袉栴},玻爾整天都是面如死灰,悶悶不樂,海森堡和泡利還開導(dǎo)玻爾說,沒事沒事,愛因斯坦的光盒肯定那里有問題。
在當(dāng)日大會(huì)結(jié)束之后,她們返回住處的的時(shí)侯,就有了這張相片。
愛因斯坦笑了,笑得像一個(gè)剛考了滿分的女兒。而玻爾的表情就變得比較陰郁,他在前面追著愛因斯坦,不曉得說著哪些。
當(dāng)日下午,玻爾在臥室里仍然繞圈,他思索問題的時(shí)侯常常這樣,據(jù)海森堡的追憶,當(dāng)日下午玻爾睡得很晚,第二天早上,當(dāng)她們?cè)俣瓤吹讲柕臅r(shí)侯,玻爾的身上早已樂開了花。
由于他想到了愛因斯坦錯(cuò)在了那里?并且愛因斯坦要是曉得了他所犯的錯(cuò)誤,恐怕會(huì)被氣得說不出話來(lái)。
玻爾說,光子逃逸之后確實(shí)能檢測(cè)出能量的變化,然而當(dāng)光子逃逸之后,整個(gè)袋子會(huì)在重力場(chǎng)中的位置發(fā)生變化,因?yàn)閺V義相對(duì)論的紅移效應(yīng),這就造成了袋子內(nèi)的掛鐘的時(shí)間發(fā)生改變,當(dāng)袋子內(nèi)的掛鐘不再和外邊的掛鐘同步的時(shí)侯,我們就沒法精確的檢測(cè)時(shí)間了。
你瞧瞧,愛因斯坦為了功擊量子熱學(xué),居然把自己的相對(duì)論給忘了。愛因斯坦只能接受玻爾的抨擊。
在與玻爾兩次的對(duì)決當(dāng)中,愛因斯坦都敗下陣來(lái),雖然他也承認(rèn)量子熱學(xué)肯定是包含了某種最高的真理,并且在他的內(nèi)心深處總是認(rèn)為量子熱學(xué)還不完備。
所以從之后,愛因斯坦也不再說量子熱學(xué)的邏輯不一致,他將功擊方向轉(zhuǎn)向了證明量子熱學(xué)還不是一個(gè)建立的理論,也就是存在隱變量。
隱變量就是隱藏著的變量,還沒有被我們發(fā)覺的現(xiàn)實(shí)性的數(shù)學(xué)量,愛因斯坦覺得,正是由于量子熱學(xué)沒有考慮到這個(gè)變量,所以才有了概率解釋,才有了測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系。
例如說,先前我們沒有發(fā)覺原子的時(shí)侯,我們就沒法對(duì)二氧化碳表現(xiàn)下來(lái)的氣溫和壓力作出描述,這么原子就是一個(gè)隱變量,當(dāng)我們確認(rèn)了有原子存在的時(shí)侯,只要算出她們的平均動(dòng)能,那二氧化碳的氣溫和壓力就得到了解釋。
在第六屆索爾維大會(huì)結(jié)束之后,愛因斯坦就和玻爾極少有接觸了,1934年由于日本社會(huì)的問題,愛因斯坦來(lái)到了加拿大,他選擇在耶魯渡過他的后半生。
在耶魯學(xué)院量子物理史話,愛因斯坦只有兩件事,他關(guān)于統(tǒng)一場(chǎng)論的夢(mèng)想,如同麥克斯韋當(dāng)初統(tǒng)一電磁和光學(xué)一樣,他希望將電磁理論和引力統(tǒng)一上去。
這個(gè)方向和邏輯沒有問題,現(xiàn)今的數(shù)學(xué)學(xué)的終極任務(wù)就是找尋可以描述萬(wàn)物的統(tǒng)一理論,只須要一個(gè)多項(xiàng)式就可以解釋四種基本自然力。
愛因斯坦是第一個(gè)嘗試和上帝對(duì)話的人,盡管他失敗了,但他的理想值得我們每一個(gè)人的尊重,但是愛因斯坦還認(rèn)為,只要有了統(tǒng)一場(chǎng)論,才能證明量子熱學(xué)是不是完備。
由于量子熱學(xué)應(yīng)當(dāng)是統(tǒng)一場(chǎng)論的副產(chǎn)品。這個(gè)邏輯也沒有問題,雖然統(tǒng)一場(chǎng)論是萬(wàn)物至理。
不過就在愛因斯坦還抓著量子熱學(xué)的尾巴不放的時(shí)侯,量子熱學(xué)早已在各個(gè)方面詮釋出了他的魔力,年青的化學(xué)學(xué)家不再討論量子熱學(xué)是否完備,也不在意量子熱學(xué)對(duì)世界的解釋是否違背直覺。
她們借助量子力學(xué)解決了好多的問題,也作出了好多新的發(fā)覺,例如在1930年,劍橋的查德威克就發(fā)覺了中子,費(fèi)米和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)覺了中子可以誘發(fā)重核裂變,開創(chuàng)了核化學(xué)。
1932年,盧瑟福的實(shí)驗(yàn)室制造出了第一臺(tái)粒子加速器,開啟了高能化學(xué)的時(shí)代。與此同時(shí),人們還發(fā)覺了中微子的征兆,等等。
所以在當(dāng)時(shí)的年青人眼中,愛因斯坦就是一個(gè)難以接受量子熱學(xué)的“老笨蛋”,說愛因斯坦是過去的歷史遺跡,愛因斯坦也承認(rèn)在耶魯就有一些年青人這樣說他。
為此,就極少有研究生去找愛因斯坦,雖然愛因斯坦的研究方向也很難出啥成果。不過,雖然愛因斯坦是可以媲美牛頓的人,總會(huì)有一些小迷弟,例如羅森,25歲量子物理史話,1934年從麻省理工過來(lái)給愛因斯坦當(dāng)助手,他倆還合作發(fā)表過一篇論文,也就是我們?nèi)缃袷熘膼垡蛩固?羅森橋,說的是可以穿越時(shí)間和空間的蟲洞。
還有一位小迷弟叫波多爾斯基,39歲,美國(guó)人,1935年初,愛因斯坦告訴他倆,自己早已有了可以證明量子熱學(xué)不完備的看法了,但是口述了自己的觀點(diǎn)。
羅森負(fù)責(zé)估算,波多爾斯基負(fù)責(zé)寫文章,3月末她們就完成了這篇只有4頁(yè)紙的論文,史稱愛因斯坦-波多爾斯基-羅森論文,也就是眾所周知的EPR論文。
論文題目為:可以覺得量子熱學(xué)所描述的數(shù)學(xué)現(xiàn)實(shí)是完備的嗎?其實(shí)論文中給出了否定的答案。
因?yàn)闀r(shí)間的關(guān)系,我們下節(jié)課在聊,EPR論文都說了啥。