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爱因斯坦的名言“上帝不会掷骰子”到底什么意思
发布时间:2022-05-20 点击次数: 339


本文转载自“赛先生”公众号

如果是上帝创造了世界,那么他的首要目标,就是不要让我们太过轻易地了解这个世界。

本文最初发表于Aeon网站(aeon.co),《赛先生》经授权翻译刊发。

作者|Jim Baggott

翻译|D

审校|Timothy Guo


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1920 年,阿尔伯特·爱因斯坦和尼尔斯·玻尔出席了在比利时布鲁塞尔举行的索尔威会议。图源|维基百科

“这理论为我们带来了很多,但不会让我们更加接近上帝的秘密,”爱因斯坦于1926年12月写道,“无论如何,我相信他不会掷骰子。”

他是在回复德国物理学家马克斯·玻恩(Max Born)的一封信。后者认为,量子力学这一新理论的根本运作既无常、又充斥着不确定性,就好似一颗遭受着心律失常的心脏。在量子力学之前的物理,常常有明确的“如果这样,就会那样”的逻辑,可是量子力学却似乎在说:“当我们这样做的话,只会有一定概率得到那个结果,条件不同时则会得到别的结果”。

爱因斯坦对此不以为然。他态度坚决的这句“上帝不会掷骰子”在人们耳畔回荡了数十年,和E=mc2这个公式一样无比熟悉,但也无比高深莫测。爱因斯坦究竟是什么意思?在他的眼里,上帝又是怎样的存在?

赫尔曼(Hermann)和波琳·爱因斯坦(Pauline Einstein)都是不严格遵守教律的阿什肯纳兹犹太人。和父母的世俗主义不同,9岁的阿尔伯特·爱因斯坦十分热忱地发现并接纳了犹太教,甚至有一段时间是一名虔诚而正统的犹太教徒。根据犹太习俗,他的父母每周都会邀请一位潦倒的学者共进一顿晚餐,因此,易受影响的幼年爱因斯坦,从贫困的医学生麦克斯·塔木德(Max Talmud)——也就是后来的塔尔梅(Talmey)那里学到了数学和科学。他如饥似渴地阅读了阿隆·伯恩斯坦(Aaron Bernstein)妙趣横生的《自然科学人民读本(1880)》21册全册。塔木德接着将他引向了伊曼努尔·康德(Immanuel Kant)的《纯粹理性批判(1781)》,并让他自此了解了大卫·休谟(David Hume)。从休谟开始,奥地利物理学家恩斯特·马赫(Ernst Mach)便也近在咫尺了。马赫的哲学思想有着强硬的经验主义、秉承“所见即所得”的思路,因此全然否定形而上学,比如绝对时空、原子存在等概念。

这段思想旅程,残酷地向年仅12岁的爱因斯坦展示了科学和宗教之间的沟壑渊薮。他不屈的叛逆也自此开始。在随后的整个人生中,他对制度性宗教的教条深恶痛绝,这种强烈的反感情绪甚至延伸到了任何形式的专制主义上,包括无神论方的一切教条专制。

这顿青涩而又晦涩的经验主义哲学饕餮,还在14多年后对爱因斯坦产生了无比积极的影响。马赫对绝对时空的否认,帮助1905年正在伯尔尼瑞士专利局当“三等技术专家”的爱因斯坦构思了自己的狭义相对论(其中就有那个著名的公式E=mc2)。那之后的十年中,他提出了自己的广义相对论公式,将其中的重力替换为时空曲率,并以此颠覆了我们对时空的理解。然而,随着年龄(和智慧)的进一步增长,他对马赫富有攻击性的经验主义开始抱有怀疑,乃至有一次直白地表示:“马赫对量子力学有多精通,就对哲学有多无知”。

随着时间流转,爱因斯坦发展出了不同的立场。他开始以一种实在论的眼光去接受科学理论内容,也就是将其理解为对客观现实的一种并不绝对、视情况而定的描述。同时,尽管他并不想牵涉宗教,然而幼年时短暂的犹太教经历一直伴随他左右,让他坚信上帝的存在,并成为他建构自己人生哲学的根基。当被问及自己的实在论立场根源时,他这样解释:“我相信现实的理性特质,也相信人类理智探寻理性现实——至少是某种程度的理性现实——的可能性,我的这种相信,没有比‘宗教一般的信仰’更好的描述能来描述它。”

不过,爱因斯坦心目中的上帝,不是宗教的神、而是哲学的神。许多年后,当他被询问是否相信上帝时,他回答:“我相信斯宾诺莎笔下的上帝,那个在世间万物和谐有序中显露真身的上帝,而不是牵涉人类命运和作为的上帝。”和艾萨克·牛顿(Isaac Newton)、戈特弗里德·莱布尼兹(Gottfried Leibniz)所处同一时代的巴鲁赫·斯宾诺莎(Baruch Spinoza),将上帝与自然视为同等之物。因此,他被视为一个危险的异端分子,并于阿姆斯特丹被开除犹太教教籍。

爱因斯坦所相信的上帝,无比尊贵、又无法言喻,无处不在、但毫无恶意。“他”还是坚定的决定论者。对爱因斯坦来说,上帝的“和谐有序”体现在宇宙各处、通过对因果物理原理的严格遵循而建立。也正因如此,爱因斯坦的哲学并没有给自由意志留有余地:“万事都有定数,不论是开始还是结束,都由我们不能掌控的力量掌控……一位看不见的乐手在远方吟奏着神秘的曲调,我们都在随之起舞。”

狭义和广义相对论,为我们提供了一种全新的方式,来理解时空,以及时空与物质和能量之间活跃的相互作用。这两个理论,和爱因斯坦所相信的上帝的“和谐有序”概念完全相符。然而,爱因斯坦在1905年同样助力构建的量子力学新学说,却与这些截然不同。量子力学涉及事物和电磁波之间,在原子和分子尺度、一个固定时空背景下的互相作用。

在1926年,奥地利物理学家埃尔温·薛定谔(Erwin Schr?dinger)颠覆性地改变了量子力学的内容,将其用无比晦涩的“波函数”概念表述出来。薛定谔本人更乐于用现实的方式理解这个概念,也就是将其作为对“物质波”的描述。不过,一个由丹麦物理学家尼尔斯·波尔(Niels Bohr)和德国物理学家沃纳·海森堡(Werner Heisenberg)强力推动的共识,不断日益壮大,坚信这种对量子的新描述不应该只从字面上释义。

归根结底,玻尔和海森堡认为,科学在此终于追赶上了哲学家们已经预警了数个世纪的概念难题——关于描述现实的难题。有人记录了玻尔的原话:“量子世界是不存在的。存在的只是一个抽象的量子的物理描述。把物理的终极目标理解为’探寻自然的运作方式’是错误的。物理所探索的,是‘我们关于自然可以做出什么描述’。”这段隐约有些实证主义的言论,得到了海森堡的响应:“……我们应该铭记,我们所看到的,不是自然本身,而是因我们特定的“讯问”方法而显露的自然。” 他们认为波函数并不是量子系统的真实客观状态,并基于此提出了反实在论的“哥本哈根诠释”。哥本哈根诠释很快成为了主流的量子力学诠释。后来一些基于这种反实在论的量子力学诠释变种,认为波函数只是一种基于我们的物理经验的主观构造,帮助我们利用对过去的理解来预测未来。

然而,这些理念都和爱因斯坦的哲学大相径庭。对爱因斯坦来说,一个概念所诠释的具体对象(波函数)甚至并不“真实”,这是完全不可接受的。同样不可接受的,是他所信奉的上帝会允许“和谐有序”在原子层面如此彻底地展开,带来充满无序的非决定论、不确定性,以及由起因而无法精确完整预测的结果。

因此,当玻恩和爱因斯坦就如何诠释量子力学展开正面交锋时,整个科学史上最令人瞩目的一场辩论拉开了帷幕。这是两种哲学的碰撞,对于现实的本质、以及我们该如何看待科学对现实本质的理解,这两种形而上见解截然相反、互相碰撞。这场辩论始于1927年,尽管当年的发起人们早已不在人世,这场辩论依旧活跃至今。

也至今未有胜负。

我不觉得爱因斯坦会对这种不分胜负的现状有多吃惊。1954年2月,就在他去世的14个月前,他在给美国物理学家戴维·玻姆(David Bohm)的信中这样写道:“如果是上帝创造了世界,那么他的首要目标,就是不要让我们太过轻易地了解这个世界。”

原文于2018年11月21日刊发在Aeon网站,标题What Einstein meant by ‘God does not play dice’,点击阅读原文可见。
作者简介:Jim Baggottis 是一位屡获殊荣的英国科普作家,现居南非开普敦。他是 Quantum Reality: The Quest for the Real Meaning of Quantum Mechanics – A Game of Theories (2020) 的作者,目前正在与科学史学家约翰·海尔布伦(John Heilbron)合著Quantum Drama: Bohr, Einstein, and the Purpose of Science (即将出版,牛津大学出版社,2023 年)。


译名对照表:(滑动浏览)

Max Born    马克斯·玻恩

Arrhythmia    心律失常

Ashkenazi Jews    阿什肯纳兹犹太人

Hermann Einstein    赫尔曼·爱因斯坦

Pauline Einstein    波琳·爱因斯坦

Albert Einstein    阿尔伯特·爱因斯坦

Judaism    犹太教

Max Talmud (Talmey)    麦克斯·塔木德(塔尔梅)

Aaron Bernstein    阿隆·伯恩斯坦

Popular Books on Natural Science    《自然科学人民读本》

Critique of Pure Reason    《纯粹理性批判》

Immanuel Kant    伊曼努尔·康德

David Hume    大卫·休谟

Ernst Mach    恩斯特·马赫

absolute space and time    绝对时空

special theory of relativity    狭义相对论

Swiss Patent Office    瑞士专利局

Bern    伯尔尼

curved spacetime    时空曲率

general theory of relativity    广义相对论

Baruch Spinoza    巴鲁赫·斯宾诺莎

Isaac Newton    艾萨克·牛顿

Gottfried Leibniz    戈特弗里德·莱布尼兹

Amsterdam    阿姆斯特丹

Quantum mechanics    量子力学

Erwin Schr?dinger    埃尔温·薛定谔

Wavefunctions    波函数

matter waves    物质波

Niels Bohr    尼尔斯·玻尔

Werner Heisenberg    沃纳·海森堡

Copenhagen interpretation    哥本哈根诠释

David Bohm    戴维·玻姆


编辑|马修

制版|马修


本文47日首发于《赛先生》(ID:mrscience100),经授权转载,略有改动。赛先生由非营利公益组织北京市海淀区智识前沿科技促进中心主办,我们怀揣着“玩透科学,启迪人生”的信念,希望通过有科普性、解说性、教育性的多媒体内容,点亮更多的普通公众对科学的热情。

 

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