激光是怎样产生的?1916年,爱因斯坦看到了上帝在玩骰子( 二 )


而且电子跃迁以后 , 释放光子的方向也是随机的 , 你不能准确地说出他会朝哪个方向射出这个光子 , 只能给出某个方向上的概率 。
激光是怎样产生的?1916年,爱因斯坦看到了上帝在玩骰子
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这一下让爱因斯坦头皮发麻 , 微观世界的本质失去了确定性 , 而统计解释才是它的本质 。 你可能觉得奇怪 , 不对啊 , 统计学老早就有了 , 麦克斯韦、玻尔兹曼还用它来解释了气体性质呢 。
你说得没错 , 不过我们用统计学 , 只是因为气体中的分子原子太多了 , 我们无法一个一个去计算 , 所以在统计学上给出一个平均值就可以了 , 但我们依然坚信每一个原子、分子都符合牛顿力学的确定性;等有一天我们的计算能力足够强大了 , 我们完全可以一个原子一个原子的去算 , 没有问题 。 世界的本质是确定性的 。
但现在的问题是 , 爱因斯坦发现 , 世界的本质 , 它就是概率性的 , 所以才感到不可思议 。
如果你觉得确定性没有了 , 并不是啥大事 , 那么接下来爱因斯坦的发现 , 绝对也会让你无法接受 。
他发现世界的本质不仅没有了确定性 , 就连因果性都要被抛弃 。 原因和结果这两个字 , 在我们日常生活中会经常性地提到 , 你在描述一件事的时候 , 总会说因为什么 , 所以怎样、怎样 。
比方说 , 因为我饿了 , 所以我吃饭 , 很符合逻辑 , 这就是现实世界的因果性 。 你不能说 , 我在吃饭 , 没有任何原因;或者因为我累了 , 所以要吃饭 , 更不能说 , 因为我吃饭 , 所以我饿了 。 这些都违反了因果律 。
激光是怎样产生的?1916年,爱因斯坦看到了上帝在玩骰子
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不过电子的表现并不满足因果律 , 电子向下跃迁的时间 , 跃迁的轨道 , 都没有任何原因 , 完全就是靠偶然 。 你会发现 , 电子好像有它自己的自由意志一样 , 它不仅可以自己选择跃迁的时间 , 还能自己选择跃迁的轨道 。
卢瑟福在1913年看了玻尔的文章以后 , 也产生了同样的困扰 , 现在爱因斯坦也一样 , 在他给波恩的信中说 , 如果这是真的 , 他就去赌场上班 , 不做物理学家了 。
如果你还是觉得这件事不奇怪 , 那我举个简单的例子 , 把电子的行为引入宏观世界 , 你就会发现 , 这个现象多么的违反直觉 。
激光是怎样产生的?1916年,爱因斯坦看到了上帝在玩骰子
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比如一个苹果 , 当你把它拿起来的时候 , 你一松手 , 苹果就会立刻处在不稳定的状态 , 这对应于电子的激发态 , 这时苹果会立即向地面落去 , 回到稳定的基态 。 原因是因为引力的作用 。
如果苹果像电子的行为一样的话 , 你一松手 , 苹果就会悬停在空中 , 然后在一个不可预测的时间内 , 突然掉入到地面 。
苹果可能悬停一分钟 , 可能悬停一小时 , 也可能你一松手就掉了下去 , 但是苹果掉下去这个结果 , 跟任何事件都没有因果关系 , 而苹果掉与不掉 , 何时掉 , 好像是苹果自己说了算 。 这就是电子的诡异之处 。
这可是爱因斯坦在1916年发现了 , 这时的泡利也才16岁 , 海森堡也才15岁 , 爱因斯坦的物理直觉简直太牛了 。
不过爱因斯坦并不会放弃决定性和因果性 , 他当时就觉得 , 现在的量子论才刚刚起步 , 理论还不完善 , 所以暂时只能对电子的行为做出概率预测 , 以后理论发展成熟了 , 肯定能对电子的行为做出确定性的描述 , 也会把因果律恢复起来的 。
激光是怎样产生的?1916年,爱因斯坦看到了上帝在玩骰子
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卢瑟福当年也是这么想的 , 1901年的时候 , 卢瑟福发现了放射性元素的半衰期 , 说的是放射性元素的放射性衰减一半所需要的时间 , 也是原子衰变一半所需要的时间 , 当时卢瑟福就觉得奇怪 , 他也不能确定一个原子衰变的准确时间 , 也不能解释为什么这个原子衰变了 , 他旁边的那个原子却没有衰变 。
他只能对放射性做出统计解释 , 确定一堆原子 , 衰变一半的时间 , 卢瑟福跟爱因斯坦一样 , 认为 , 现在算不出来 , 是理论不完善 , 以后肯定能算出来 。
很明显 , 他们两的愿望都没有实现 , 理论越发展 , 越清楚地表明世界的随机性 。
1920年的4月 , 应普朗克的邀请 , 玻尔到柏林大学讲他的原子模型 , 这是玻尔和爱因斯坦两个人第一次见面 , 很显然玻尔更加激动 , 因为这时爱因斯坦的名字已经是如雷贯耳 。
两个人还讨论了上面的问题 , 但没有结果 , 玻尔更加偏向随机性 , 爱因斯坦没有说服玻尔 , 玻尔也没有说服爱因斯坦 , 由于两个人是第一次见面 , 所以更多的是互相的吹捧 。