導(dǎo)語：我們熱愛愛因斯坦,，并非僅僅因為他是一個偉大的物理學(xué)家。

馮八飛/文

相對論如日中天,，另一場物理學(xué)大風(fēng)暴卻已嘯聚天邊,。一群年輕的物理學(xué)者云集丹麥哥本哈根，為首的玻爾比愛因斯坦小7歲,，其他人更小,，還有碩士生。這群嘴上沒毛的小子戲劇性地修正了人類歷史的軌道——他們創(chuàng)立了量子力學(xué),。

大家都聽說過量子論,，但具體是什么呢？看官須知,，量子論并非一種理論,，而是與牛頓物理學(xué)完全不同的一種新的思想方法。很多人認(rèn)為量子力學(xué)出現(xiàn)于相對論之后,，其實不確。1900年普朗克第一次提出量子論,，那年愛因斯坦剛從ETH大學(xué)畢業(yè),，還在到處找飯碗。

量子論最基本的思想是：世上萬事萬物,，包括運動,，都不是連續(xù)的。

這個有啥子了不起,？

了不起得很,！

這句話翻轉(zhuǎn)了人類的世界,。原因是，此前人類認(rèn)為物體的運動都是連續(xù)的,。例如開汽車,，時速總是從0公里到10公里到20公里……最后到100公里。哪怕目前世界上加速最快的汽車也是如此,，只是間隔很短,，沒有哪輛汽車能夠直接從0公里直接蹦到100公里的。同理,，水的流動也是連續(xù)的,，誰見過一截兒一截兒流的水？此即“運動是連續(xù)的”,，意為運動可以無限細(xì)分,，永不間斷。這是牛頓力學(xué)的基礎(chǔ),。

可是,，古希臘哲學(xué)家芝諾提出“阿喀琉斯悖論”，提前2000多年挑戰(zhàn)運動的連續(xù)性,。阿喀琉斯是希臘神話中跑得最快的英雄,，有天他遇到一只烏龜，該神龜居然說阿喀琉斯追不上它,。阿喀琉斯仰天大笑,，以為烏龜吃他的豆腐，說：“我就是慢跑,，速度都是你的10倍,，會追不上你？”烏龜說：“就算你的速度是我的10倍,。那么假設(shè)你離我100米,，現(xiàn)在你來追我，你跑到我這兒是100米,，這時我已向前跑了10米了,；等你又追了10米時，我又跑了1米了,，等你再追1米,，我又跑了10分之1米了……總之，雖然你的速度是我的10倍,，但你只能無限接近我,，卻永遠(yuǎn)都追不上我。”大家都知道烏龜?shù)倪@個話不對,，卻怎么也駁不倒它,，因為我們認(rèn)為世界上所有運動都是連續(xù)的，而連續(xù)的運動可以無限細(xì)分,。

但是,，到了原子以下的微觀世界，事情就有了變化,，物質(zhì)的能量可以不再是連續(xù)的,，而是一段兒一段兒的！

What?　Are　you　joking?　真不是笑話,。這個結(jié)論的來源是物理學(xué)史著名的“紫外災(zāi)難”,。

19世紀(jì)后半葉，牛頓物理學(xué)解釋地球上的物理現(xiàn)象獲得巨大成功,，日臻完美,。德國最偉大的物理學(xué)家普郞克上大學(xué)時想跟慕尼黑大學(xué)物理教授若利學(xué)習(xí)，若利卻勸他：“物理學(xué)已經(jīng)被研究透了,，只剩一些無足輕重的空隙”,。此乃當(dāng)時物理學(xué)界共識。

1900年4月27日,，發(fā)現(xiàn)“開爾文溫標(biāo)”和絕對零度的英國著名物理學(xué)家開爾文在倫敦皇家研究所做報告展望20世紀(jì)物理學(xué),，他的話成為所有物理學(xué)史必須提及的著名論斷：“物理學(xué)大廈已經(jīng)落成，所剩的只是些修飾工作,?！辈贿^，他在論斷的屁股后面跟了一句：“在物理學(xué)晴朗天空的遠(yuǎn)處,，還有兩朵小小的令人不安的烏云,。”

這兩朵“小小的烏云”即牛頓物理學(xué)無法解釋的兩個實驗：邁克爾森的以太實驗和黑體輻射實驗中的“紫外災(zāi)難”,。開爾文的這個屁股很快被證明是物理學(xué)史上最豐碩的屁股,，因為，這兩朵“小小的烏云”迅速鋪滿整個物理學(xué)天空,，最終讓牛頓物理學(xué)從云端跌落,。以太實驗咱們已經(jīng)說過，它被愛因斯坦相對論一劍封喉,。而結(jié)束“紫外災(zāi)難”的,，就是普郞克。

那么,，什么是“紫外災(zāi)難”,？看官須知，世界上千姿百態(tài)的一切其實并無顏色,，一個物體是白色,，是因為它反射了所有頻率的光波；一個東西看上去是黑色,，是因為它不反射任何頻率的光波,。物理實驗中使用的標(biāo)準(zhǔn)“黑體”是個空心球，其內(nèi)壁涂了強(qiáng)烈吸收輻射的涂料,，上面只開一個小孔,，從小孔射進(jìn)去的光線既無法穿出小球，也不會反射出來,，所以這個小孔看上去就是絕對的黑色,。

那么，它為什么成為牛頓物理學(xué)天空中“一朵小小的烏云”呢,？因為,，當(dāng)時物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，如果使用牛頓物理學(xué)公式,，實驗時小球內(nèi)的輻射強(qiáng)度會無限增大,，而實驗中輻射強(qiáng)度并未無限增大?？蔁o論大家如何努力,，就是找不到原因。這些公式得出的荒謬結(jié)果都落在波長較短的紫外區(qū),，因此該問題被稱為“紫外災(zāi)難”,。

1900年10月，開爾文斷言之后半年,，普朗克發(fā)表論文說,，要解決紫外災(zāi)難，只能假設(shè)物質(zhì)輻射/吸收能量并非連續(xù)過程,，就是說,，能量只能一小截兒一小截兒地輻射/吸收，就像買水果糖,，最小也只能一塊兒一塊兒地賣,，沒見過半塊兒或四分之一塊地賣的。普郞克把這個最小能量單位（這塊水果糖）稱為“量子”,，其公式是：E=hv,。

E是輻射光波的能量，v是輻射光波的頻率,，而h描述量子的大小,，通稱“普朗克常數(shù)”,。普郞克常數(shù)是現(xiàn)代物理學(xué)中最重要的常數(shù)，它打破了牛頓物理學(xué)的神話“一切自然過程（例如運動）都是連續(xù)的”,。普朗克,，憑這個方程式成為德國最偉大的物理學(xué)家。

運動不是連續(xù)的,，芝諾的“阿喀琉斯悖論”就解決了,。因為，所有物質(zhì)（包括時空）和運動都不是連續(xù)的,，都不能無限細(xì)分,。阿喀琉斯之所以能夠輕松地追上烏龜，正是因為空間不可無限細(xì)分下去,。

物質(zhì)的連續(xù)性,，只是人類的一種美好想像。

二量子論是物理學(xué)史上最有故事的理論,。首先,，連普朗克本人都不相信這個驚人的發(fā)現(xiàn)。量子論出現(xiàn)后的14年里,，它最堅定的反對者是其發(fā)現(xiàn)者普朗克,！他一直努力想用牛頓物理學(xué)來證明量子論是錯誤的?？墒?，5年后，他得到了科學(xué)史上最偉大的同盟軍——愛因斯坦,。

愛因斯坦說,，光也是一段兒一段兒的。他把這些小段兒稱為光量子（光子）,，光電效應(yīng)因此得到圓滿解釋,。后來，愛因斯坦又提出了“光的波粒二重性”,，歐洲物理學(xué)家集體崩潰,。因為，牛頓物理學(xué)認(rèn)為世上萬事萬物,，包括人和光線,，要么是波，要么是粒子,，不可能既是波,，又是粒子。這實在太違反人類日常經(jīng)驗了,。燈光都是連續(xù)的,，誰見過探照燈柱在夜空中是一截兒一截兒的,？

不僅物理學(xué)界不相信，愛因斯坦1911年也差點放棄這個理論,，不過,，這時他也獲得了援軍——物理學(xué)家盧瑟福做出了第一個原子核模型，該模型看上去很像太陽系：原子內(nèi)部大部分是空的,，中間是原子核，體積雖小,，但質(zhì)量很大并帶正電荷,；帶負(fù)電荷的電子則繞原子核運動。

這個天才模型出生后差點被經(jīng)典的麥克斯韋電磁理論淹死,，因為,，按照麥克斯韋理論，當(dāng)電子圍繞原子核運動時,，正負(fù)電荷相互吸引靠近,，同時釋放能量，因此原子的能量會越來越小,，最后電子會落到原子核上消失,。所以，按照這個模型,，所有原子存在不會超過1秒鐘,。

這是什么意思？意思就是：所有原子一秒鐘之后都會消失,，因此,，人類世界根本不會存在，更甭說人了,。這顯然無法自圓其說,，因為人顯然是存在的。因此,，盧瑟福理論剛出生即面臨夭折,。

這時，他又獲得了物理學(xué)史上第二偉大的同盟軍——他的學(xué)生玻爾,。玻爾1913年發(fā)現(xiàn)原子光譜線也是一段兒一段兒的,，于是他提出，電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)時不是連續(xù)不斷的,，而是像咱們上樓梯一樣是一個臺階一個臺階的,，我們不可能一步踏在兩個樓梯之間。同樣,，電子運動的軌跡也非連續(xù),。在能量最低的軌道上,，電子等于是在平地上運動，獲得能量后它就向上攀登一個階梯,，在新軌道上運行,，而這兩個軌道之間沒有聯(lián)結(jié)，就像樓梯一樣,。如果能量耗盡,，它就又跌落到平地上，此即量子力學(xué)的“電子躍遷”,。正因為如此,，原子才不會在一秒鐘之后消失。這樣,，才有世界和我們這些吃飽了沒事兒干寫文章玩兒的人,。

玻爾這個理論招致強(qiáng)烈反彈，有的物理學(xué)家甚至宣布,，如果量子論正確,，他們將辭職，就此從物理江湖隱退,?？蓪嶒炗^測很快證實了玻爾的理論，后來,，玻爾的學(xué)生海森堡提出“測不準(zhǔn)原理”,，法國物理學(xué)家德布羅意提出“物質(zhì)波粒二重性”，大大推進(jìn)了量子論,。

不過,，量子論最后的工程師是奧地利的薛定諤，此人堪稱史上第一瘋狂物理學(xué)大師,，他的“薛定諤方程”讓量子力學(xué)圓滿立于天地之間,。但薛定諤在物理江湖名氣這么大，主要歸功于那只著名的“薛定諤的貓”,。所有見過這只貓的人都發(fā)了瘋,，至少是短暫地發(fā)了瘋?！把Χㄖ@的貓”講的是：把一只貓放進(jìn)一個不透光盒子里,，再放進(jìn)一個放射性原子核和一個毒氣玻璃瓶。放射性原子核衰變沒有固定周期,，完全是概率性的,，就是說衰變可能發(fā)生在下一秒，或一年之后,，也或一萬年之后,，只要我們沒看見它發(fā)生衰變,，就永遠(yuǎn)不能確認(rèn)它是否已經(jīng)衰變。現(xiàn)在假設(shè)盒子里的放射性原子核一小時之內(nèi)有50%的概率會衰變,，衰變時它將發(fā)射一個粒子,，而這個粒子會打碎毒氣瓶，毒氣溢出殺死貓,。如果原子衰變了,，毒氣瓶被打破，貓就死了,。如果原子沒衰變,，那么貓就仍然活著。

您還沒發(fā)瘋吧,？這不奇怪，因為令人發(fā)瘋的是故事的后半截,。

問題在于,，貓死了沒死，只有我們打開盒子看見它的那一剎那才能確認(rèn),。在人類世界中,，在我們打開盒子之前，盒子里的貓只有兩種可能性：死了,，或者沒死,。但在量子力學(xué)中，根據(jù)薛定諤方程,，這只可惡的薛定諤的貓?zhí)幱谝环N“活”與“不活”的疊加態(tài),。原子核既是已衰變的，又是未衰變的,；毒氣瓶既被打破了,，又還未被打破；貓既是死的,，又是活的,；它既不是活的，也不是死的,。我們只有在揭開蓋子的那一剎那才能確認(rèn)薛定諤的貓到底是死是活,。

于是，按照量子論,，在盒子沒打開之前,，薛定諤的貓?zhí)幱凇八?活疊加態(tài)”，就是說,，這只可惡的貓已經(jīng)死了,，但同時還活著,！只有等我們打開盒子看它一眼時，這種疊加態(tài)才突然結(jié)束,。薛定諤的貓使量子力學(xué)中的微觀不確定性變成宏觀世界的不確定性：貓要么死了,，要么活著，兩者必居其一,，不可能既死又活,！怎么能既活著又死了呢？貓當(dāng)然不能既死又活,，也不能又死又活,，這顯然是個佯謬。問題是,，在我們打開盒子看見薛定諤的貓之前,，這個佯謬居然一直存在，并且無法推翻,。

怎么樣,？您瘋了有半分鐘了吧？不過您不用沮喪,，因為您不是第一個被薛定鍔的貓搞發(fā)瘋的,。它已經(jīng)讓無數(shù)人發(fā)了瘋。

薛定諤的貓說明了量子論與相對論的關(guān)系：宏觀人類世界與微觀原子世界完全不是一回事兒,，就像牛頓地球力學(xué)與愛因斯坦的宇宙相對論完全不是一回事兒,。薛定諤的貓證明了世界的不確定性。

實際上,，直到今天,，大部分物理學(xué)家仍然認(rèn)為宇宙萬事萬物都可用物理方程來解釋。如果事實如此,，那就意味著宇宙從誕生起就注定了結(jié)局,，而從誕生到結(jié)局之間的所有現(xiàn)象都只是物質(zhì)的機(jī)械物理運動。也就是說,，宇宙與每個人的命運早已注定,，無論我們?nèi)绾闻Χ紵o法更改。反過來說,，如果我們掌握了足夠的計算能力,，我們就可以預(yù)測未來，因為未來已經(jīng)注定,，只是我們計算能力不夠,，無法解開這個方程式而已。在哲學(xué)上，這就叫機(jī)械主義宿命論,。

量子論給了宿命論重重一擊：它宣布宇宙之中一切皆有可能,，未來的發(fā)展有千百種，每種出現(xiàn)的概率大小不一,，但并沒有必然會出現(xiàn)的事件,。過去與未來一樣，都是可以改變的,。

也就是說,，歷史，或者說宇宙其實不見得只有一個,。也也就是說,，上帝不認(rèn)可牛頓物理學(xué)的確定性。上帝是玩骰子的,。他玩的是心跳,。夠不夠震撼？

列位看官,，這就是量子論那攝人心魄而又令人瘋狂的偉大歷程,。

三有趣的是，量子論出現(xiàn)后的前14年,，整個物理界只有愛因斯坦一個人相信它,，連其發(fā)現(xiàn)者普朗克都堅決反對,?？?4年之后，幾乎所有物理學(xué)家都宣布承認(rèn)量子論,，愛因斯坦卻轉(zhuǎn)而反對,，從此成為最堅定的量子論反對派。

發(fā)現(xiàn)量子論后,，玻爾遇到的阻力比愛因斯坦提出相對論時還大,，于是他決定向愛因斯坦求助。愛因斯坦目光非凡,，熱心扶植后輩,，而且說到底，光量子假說也是他提出來的,，他本來就是量子力學(xué)的奠基者之一,。

1920年，玻爾親赴柏林拜訪愛因斯坦,，渴望得到科學(xué)新教皇的肯定,。他萬萬沒想到，最應(yīng)該肯定他們的愛因斯坦，卻一口否決量子論：愛因斯坦完全無法接受玻爾用概率來解釋世界,。他當(dāng)天把嘴上沒毛的玻爾訓(xùn)了一頓后說了一句物理學(xué)史名言：“記住,，仁愛的上帝絕不會擲骰子！”

年輕氣盛的玻爾不顧禮貌針鋒相對地反駁說：“上帝不僅擲骰子,，而且會把骰子擲到我們看不見的地方,！”這句話成為物理學(xué)史的名名言。

玻爾對愛因斯坦的威脅很大,，因為,，他可是個真正的天才！從此,，他倆成為物理學(xué)死敵,，兩人在學(xué)術(shù)會議上只要碰面就拔刀相見，張飛殺岳飛,，殺得滿天飛,。每一次他們都跟張飛殺岳飛一樣戰(zhàn)成平手——他們確實不屬于同一個時代，最后誰也沒說服誰,。直到1942年愛因斯坦還致信朋友：“想偷看上帝要出什么牌確實很困難,，但我一秒鐘也不會相信上帝會選擇跟這個世界玩骰子?！?/p>

想知道玻爾聽見這句話之后的回答嗎,？他針鋒相對：“嗨，請不要再教上帝該做什么,！”

從此,，跟上帝打麻將就成為物理學(xué)史經(jīng)典橋段。百年后霍金比玻爾更進(jìn)一步,，他說：上帝不僅擲骰子,，而且他總是把骰子擲到我們看不見的地方！”

霍金是對的,，上帝確實把骰子擲到了我們看不見的地方,。他跟我們開了一個大玩笑。愛因斯坦是個絕對蔑視權(quán)威的人,，1905年,，還是物理青年的他居然在業(yè)余時間寫5篇論文來否定牛頓，可到了1930他不得不自嘲：“作為對我蔑視權(quán)威的懲罰,，命運把我自己變成了權(quán)威,。”

愛因斯坦對量子論的否定持續(xù)到他生命的盡頭,，從未改變,。但是，愛因斯坦并未變成牛頓那樣的物理學(xué)暴君和獨裁者。愛因斯坦后來還專門請玻爾去普林斯頓做過演講,。而理應(yīng)仇恨愛因斯坦的玻爾后來說：“愛因斯坦的成果使人類地平線無限展開,，而同時我們對宇宙的想像畫獲得了夢寐以求的完美與和諧”。

1922年11月,，諾貝爾委員會將1921年空缺的物理獎補(bǔ)授愛因斯坦,，同時把1922年物理獎授予玻爾。1922年11月11日,，玻爾致信正在亞洲旅行的愛因斯坦：“關(guān)于授予諾貝爾獎金一事,，我很高興地致以最衷心的祝賀。這種外界推崇對您可能毫無意義,，不過這筆錢或許有助于改善您的工作條件……倘若我竟被提名與您同時獲獎,，這可稱我從外界所能得到的最大榮譽和愉快。我知道我根本配不上跟您同時獲獎,，但我想說——且不論您在人類思想方面付出的崇高努力——,，僅僅您在我從事的專業(yè)領(lǐng)域里所奠定的基礎(chǔ)就足以與盧瑟福和普朗克并肩。其實在考慮給我這個榮譽之前,，應(yīng)當(dāng)首先考慮您的貢獻(xiàn),。在下實乃三生有幸?！?/p>

1923年1月11日愛因斯坦回信說：“我在日本啟程前不久收到您熱誠的來信,。毫不夸張地說，它像諾貝爾獎一樣讓我快樂,。您覺得您在我之前獲獎甚為不妥,，您的憂慮讓我倍覺可愛——它彰顯了玻爾本色?！?/p>

此生得一友如愛因斯坦者,，此生得一敵如玻爾者,，足矣,！

他們才是偉大的人。

我們熱愛愛因斯坦,，并非僅僅因為他是一個偉大的物理學(xué)家,。