科学的尽头是神学？爱因斯坦后半生，为何说“上帝不掷骰子”？

量子力学大家应该听过很多次，它的研究领域是微观世界，但是这套理论却经常得出一些违反直觉的结论。比如这个理论认为，一个物体竟然可以同时处于多个位置，而且还会存在一个现象，那就是一个物体在某处发生变化，可以瞬间影响到远，在天边的另外一个物体的状态，也就是“量子纠缠”。而这一切，都要归结于微观世界的一个很大的特点，那就是：不确定性。

在微观世界里面，所有的物体都不愿意受到束缚，从而静止，而是永远处于无休止的运动之中，为何科学家会相信量子力学的这种奇奇怪怪的结论？今天，我们接着揭开量子力学的神秘面纱。其实早在牛顿和爱因斯坦时代，人们对宏观物体的研究就已经很完善了。比如行星如何围绕地球运动一个小球被撞击后，会如何在空中运动；物体掉落到水面，激起的水波会如何散开，可以说在当时不论是天上、地上还是水里。

物理学，几乎完美地解释了世界上的所有问题，直到人们把探索领域切换到微观世界，才发现原来在微小的尺度范围内竟然隐藏着一个如此反之觉的世界。首先敲开量子世界大门的是一个关于光的实验室。当时，人们热于研究加热气体所散发的光，但是当人们通过三棱镜去观察加热气体产生的光时，却发现了一幕让人难以置信的画面，那就是这些光的颜色竟然非常整齐地色散开来。

一个竖条就是一种颜色。其实关于光的色散，牛顿早就研究过，当阳光经过三棱镜后，自然会形成类似彩虹的光斑，但是这种光斑的颜色不是一条一条的光斑，而是一整块光斑，并且颜色是渐变地从1种颜色会自然过渡到另外1种颜色。而科学家发现，加热气体的光斑竟然出现了五彩缤纷的条纹，条纹之间不存在过渡色，这种现象立即引起了波尔的注意。波尔认为要解释这种现象，必须要假设电子可以“瞬间移动”，这是什么意思呢？

我们都知道原子模型中，一个电子会围绕原子核不停地旋转，但是这种旋转与地球围绕太阳旋转，有一个本质的不同。地球旋转时，它的轨道基本不会发生变化，但是电子围绕原子核旋转的轨道可以随时改变，当原子核被加热时，电子就会形成一个轨道，跑到另外一个轨道，并随之释放出能量，形成我们所看见的光斑。

按照常识分析，我们很自然地认为电子在切换轨道的时候，是有一个渐变的过程。换言之，如果仪器足够先进，我们是能看见电子设备是如何从一个轨道跑到另外一个轨道的。但是波尔认为，电子切换轨道花费的时间为0，也就是说波尔认为电子是瞬间移动到另外的一个轨道，所以通过刚才的分析不难看出，如果电子是渐变移动到另外一个轨道。那么向外发射的能量就是连续的，最终看到的光斑应该会有颜色的过渡才对，然而我们看见的光斑不存在过渡区域。

这就证明，电子的确是瞬间移动到另外一个轨道，而之所以导致这种瞬间移动，就是因为能量不能无限分割，存在一个最小值。所以电子只能瞬间移动过去，同时释放出这一个最小单位的能量，而这就是非常著名的“量子跃迁”，这种“瞬间移动”的思想放到我们宏观世界，真的是难以想象。但是在微观世界，你只能这样想，才能解释许多的量子现象，所以我们姑且把这个当成真理继续探索下去。

但是电子如果能瞬间移动，能量不能无限分割，这就与经典的力学矛盾了，因为如果你去问当时的爱因斯坦什么是科学？爱因斯坦会肯定地告诉你“科学可以对将来作出肯定性的预测”，但是电子可以瞬间移动，似乎量子世界变得无法预测，所以波尔一提出这个观点，立即遭到了当时很多科学家的反对，并认为他们的理论不是科学，而是幻想。所以从爱因斯坦的态度可以看出，当时他是非常反对波尔的这种电子理论，但是随后人们做了一个实验，一下子让很多科学家瞬间站到了波尔这一边，这个实验就是著名的双缝干涉实验。

相信大家肯定听过。我们首先在宏观世界来做这个实验，看看有什么结果，首先我们把视角切换到保龄球馆，在保龄球轨道上设置一个挡板，挡板上面开两个缝，内一个保龄球通过缝的大小恰好能容纳，然后在后面放上一个屏幕，用于记录保龄球最终的位置，所以当我们开始扔保龄球时，有的保龄球会顺利穿过其中一个狭缝，最终走到屏幕的位置，撕开屏幕。当然也有部分保龄球，无法通过狭缝反弹回来，我们不断地扔保龄球，那么有的会通过左边狭缝，有的被反弹回来，最终在屏幕那边，会形成两个被撕开了的孔。

而这种现象也很好解释，因为保龄球走的是直线，所以一旦穿过狭缝就会按照原来的方向继续前进，所以左边的狭缝，会在屏幕左边形成一个死口，右边狭缝形成另外一个死口，而这就是宏观世界的双缝实验。下面我们把实验改变一下，这次我们不扔保龄球，我们扔电子，我们把电子的体积放大后进行，如果我依然像刚才那样不停往屏幕扔电子，屏幕生成的撕口，应该会和刚才扔保龄球一样，形成两个整齐的撕口才对，但是我们实际去做这个是验会发现，电子和保龄球有很大不同，电子虽然有的会通过左边狭缝，有的被反弹。

但是凡是通过狭缝的电子，在屏幕后面竟然形成了很多,竖直的条纹,如果电子走的是直线,那么只会形成两个死口才对,比如两个狭缝中间的位置,对应的屏幕是不可能出现电子的,但是却依然出现了条纹，而要解释这种现象只有一种可能，那就是波。比如如果一列水波通过这两个狭缝，它们会立即分裂成两列水波，之后这两列水波会相互交融，也就是波发生“干涉”，最终在屏幕形成许多竖直的条纹，所以“波动说”就能合理解释电子的这种论异现象。

但是这就带来一个思考，一个电子明明是一个粒子，怎么又是一种波，当时人们还没有波粒二象性的概念，所以完全无法理解这种现象，但是有一位量子力学的大咖级人物薛定谔，却合理地解释了这种现象薛定谔认为当电子被扔出去的一瞬间，电子马上就处于一种模糊的状态，而这就造成电子的运动轨迹，看起来像一种波，但是这种模糊的状态,种怎样的状态？

到底是薛定谔没有解释清楚，而最终完美解决这个问题的科学家，就是哥本哈根学派的波恩。波恩认为电子扔出去后，并不是在空间中形成一个类似于波形状的轨迹，而是电子。可以同时处于空间中的多个位置，只是每个位置分到的概率值有所不同，而且这些概率值会不断地浮动，从而就形成了“概率波。这种波与我们平时接触的光波，声波和水波有本质的不同，普通地波上下振动的是实体物体。

而概率波震动的是概率值，而概率值不是一个实体，而是一个抽象的数学概念。概率波的提出是人类首次，对微观世界进行揭秘的第一次创举，他揭示了电子的运动其实没有轨迹，电子一旦运动起来，就会是一团概率组成的，电子永远会一个整体范围向某个方向移动。你不能问电子现在到底在哪里，出现在某个地方的概率值是多少，也许分析到这里你会有一个疑问，科学探索出来就是为了对未来做精准预测，但是遇到电子这种微观物体，你却永远不能给我一个肯定的预测，只能告诉我概率，这是不是说量子力学存在某种不完备的特性？

如果你能这么想,那么恭喜你，你和爱因斯坦的思路是一致的。爱因斯坦当时也不能接受用概率来诠释这个世界，所以才说出了那句著名的话“上帝不掷骰子”。爱因斯坦很难相信我们的世界在深层次里面，是由概率来决定，所以，是无法做到精准预测未来的科学，都不能成为科学。所以很快量子力学就分为了两派，一派以波尔为首，包括波尔,波恩、海森堡，迪拉克等物理学家，他们被称为哥本哈根学派。

另外一派以爱因斯坦为首，包括爱因斯坦、薛定谔、贝尔等人。两派人物对量子世界的本质进行了无数次的交锋，而将这场争论推向高潮的人物，就是薛定谔，因为他当时为了证明哥本哈根学派是错误的，就提出了大家都熟悉的思想实验，也就是“薛定谔的猫。这个实验—提出，立即把波尔等人整蒙圈了，哥本哈根学派从此开始,死磕这只“既生又死”的猫，试图找到其中的漏洞，以求补救自己的量子理论。其实很多人都有一个误解，认为薛定谔是为了证明量子力学，才提出这个思想实验。

其实事实恰好相反，薛定谔是为了反对这种量子理论，才提出实验的。其实这两个学术门派争论的本质就是电子的这种不确定性，到底是由于我们的测量仪器不够先进导致，还是微观世界本来就不确定，相信大部分人都会觉得，相信大部分人都会觉得电子之所以同时处于多个位置，是因为电子运动速度太快，导致我们的仪器还没来得及反应。

所以就给人一种，同时处于多个位置的假象。如果你也这样想，那么你和爱因斯坦的想法再次一致，因为爱因斯坦一直认为，我们的世界是可以精准预测的，不存在概率一说。如果我们预测未来必须用概率，只能证明我们对世界的探索还不够，而不是这个世界本来就不确定。所以，当波尔在台上讲解自己的量子理论后，爱因斯坦马上就站起来，开始了一轮排山倒海的反驳，据说当爱因斯坦演讲完毕后，当时台下有一位普通学者对爱因斯坦说了一句话。

他说：“爱因斯坦先生，你现在反驳波尔“量子理论”的表情，和十年前你站在台上讲相对论，下面一堆人反驳你的表情高度的一致”，让爱因斯坦一度陷入无比尴尬的场景，而这也说明了爱因斯坦虽然伟大，但是只要是人，就不可能永远不犯错。时至今日，我们当然知道这场旷日持久的争论，最终以哥本哈根学派胜利而终结，现代的量子力学理论，根基都是建立在哥本哈根学派上，而这也意味着，我们的世界在深层次里，是由概率决定的。

虽然我们无法预测单次实验，电子最终会落在哪里，但是试验次数一旦变多，我们可以用概率精确地预测出电子在中间的概率是37%，电子在最右边的概率是7%，这种用概率来预测未来的方式，也是一种极其精准地预测方式。而这也意味着“宿命论”是完全错误的传统的，我们的世界随时都充满着无穷的变数，命运尚未注定，我们应该积极努力，不知道小伙伴们怎么看，欢迎评论区留言讨论。