首頁 了不起的物理

74 愛因斯坦:上帝不擲骰子

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愛因斯坦說過一句很有名的話:上帝不擲骰子。這句話其實表達的是,愛因斯坦不相信不確定性原理和哥本哈根詮釋,他認為宇宙應該滿足因果律,不應該存在不確定性原理說的“真隨機”。

哥本哈根詮釋說,一個量子係統同時處在不同狀態,一旦測量,係統會隨機坍縮到其中一個狀態。關鍵詞就是“隨機”,隨機的意思是說,測量後,係統坍縮到哪個狀態,是完全無法預測的。愛因斯坦不滿意的就是無法預測。他認為宇宙的運行規律應當滿足因果律,量子係統被測量後坍縮到哪個狀態應該是注定的、有原因的,隻是我們現在還不知道這個原因是什麽。愛因斯坦把這個原因叫作“隱變量”,也就是被隱藏了的變量。就好比你扔一個骰子,我們感覺骰子給出1-6點是隨機的,但其實如果我們有一台高速攝像機,能拍出骰子離手時的速度,速度的方向以及旋轉的角速度,結合骰子離桌麵的高度,根據牛頓力學,我們是可以算出骰子會給出什麽結果的。在這個例子裏,骰子離手時的狀態就是擲骰子這個過程的“隱變量”,區別是我們可以用高速攝像機找到這個隱變量,所以骰子的隨機是一種偽隨機。

哥本哈根詮釋其實是說波函數的隨機坍縮是一種真隨機,也就是並不存在這樣的“隱變量”。但其實這裏關於真偽的定義是不清楚的,如果確實存在隱變量,但是這種隱變量我們無論如何都探測不到,譬如說它隱藏在普朗克尺度之內,那這樣的隨機是真隨機還是偽隨機呢?如果我們知道它存在,但也知道我們無法求解,這樣的隨機算是真隨機還是偽隨機呢?

就目前來看,愛因斯坦關於隱變量的論斷並不占上風,因為量子糾纏的存在,至少證明了在目前的實驗精度下,哥本哈根詮釋是準確的。但最終結果如何,我們也許永遠也無法得知,因為超出了實驗可能達到的最高精度,就不是物理學可以探討的範疇了。