|
没有哪位大师说过量子力学与相对论格格不入，说这话的几乎都是民科或者科学素养缺失，却又老喜欢做不知为知知的人。创立了广义相对论和狭义相对论的伟大科学家爱因斯坦，就同时是量子力学的创始人。他获得了1921年诺贝尔物理学奖的论文，不是相对论，而是一篇叫《关于光的产生和转化的一个推测性观点》的论文。 这篇论文是介绍光电效应以及光量子特性研究的。光电效应并不是爱因斯坦发现的，早在1887年赫兹就发现了这种神奇现象，但后来一直没人能够解释出这种现象。 爱因斯坦第一个成功的解释了这个现象，认为导致光电效应的不是一群连续波动的粒子，而是一群离散的粒子，他把这些粒子称为光子（光量子）。 所谓光电效应，是指当一定频率的光照射在金属上，会引起金属电性质的变化，导致金属内部的电子摆脱原子核束缚，形成电流。他指出，每个光量子所携带的能量等于光的频率乘以普朗克常数，当光量子携带的能量大于金属的极限频率时，一个光子就可以使一个电子从金属中逃逸，这样就形成了由光电子形成的电流，这就是光电效应原理。 量子这个概念是物理学家普朗克之前五年就提出了的，但没引起科学界的关注。爱因斯坦光量子概念的提出，激活了普朗克的理论，开启了量子力学的大门。 后来爱因斯坦在量子力学方面还做出过许多贡献。如1924年，与印度物理学家波色预言了波色~爱因斯坦凝聚态这个新的物质形态。1995年，麻省理工学院的沃夫冈·凯特利与科罗拉多大学博尔德分校的埃里克·康奈尔和卡尔·威曼，使用气态的铷原子在170 nK的低温下首次获得了玻色-爱因斯坦凝聚，证实了这个预言。2001年康奈尔、威曼和凯特利为他们的研究结果共享诺贝尔物理奖。 1935年，提出了引起世纪之争的EPR悖论，这个悖论以提出者爱因斯坦、波多尔斯基、罗森三位科学家名字的第一个字母命名。 这实际上是为了论证量子力学的不完备性而提出的一个佯谬，这个理论引起了科学界的巨大争论，由此推动了量子力学的发展，量子纠缠理论就是在这个辩论中越来越成熟的。 这个理论，是爱因斯坦与哥本哈根派论战几十年的一个核心。 爱因斯坦及其支持者，反对哥本哈根诠释中的波函数概率描述，这种争论一直到爱因斯坦的去世。爱因斯坦的主要观点是“上帝不会掷骰子”。其中的含义就是认为量子的一些奇异的运动状态，测不准定律、不确定性原理等，这些概率性、随机性等描述并不完备，有很多深层次的原因尚不清楚。这其中会有一些“隐变量”，后面一定有一个“完备理论”。 爱因斯坦认为，世界上一切都有不以人的意志为转移的客观规律，规律这个“上帝”是不会“掷骰子”的。 薛定谔和贝尔都是爱因斯坦观点的支持者。薛定谔为了反击量子力学哥本哈根诠释，设计了一个思想实验，就是薛定谔的猫。 这只被关在暗箱中的猫，由于量子理论的不确定性，处于又死又活的叠加态，不观察不知道死活，一观察就导致叠加态坍塌，结果才会出现。 他提出这个实验，意在讽刺量子力学既死又活的状态违背了逻辑，试着用一个思想实验来检验量子理论隐含的不确定之处。 同时，他提出了薛定谔波动方程。 结果不但没有反掉对手，波函数坍塌理论反而成为了量子力学的重要理论，这样无心插柳的薛定谔方程，成为了量子力学的理论基石。 贝尔设计了一个实验，叫贝尔不等式，就是为了证明量子诡异性背后是不是有深层次的原因，也就是所谓的“隐变量”。如果贝尔不等式成立，即存在关于局域隐变量的物理理论可以复制量子力学的每一个预测，就是说爱因斯坦等人希望“完备理论”是存在的，反之，则哥本哈根派胜出。 贝尔不等式客观上给爱因斯坦派和哥本哈根派起到了一个裁判作用，把他们之间的争论演化成一个实验。令爱因斯坦派失望的是，这个实验做了几十年，贝尔不等式一直不成立，哥本哈根派胜出。 但不管怎样，爱因斯坦依然是量子力学的鼻祖，而且他的几位支持者也成了量子力学的奠基人和大师。总体上说，相对论管的主要是宏观领域的现象，这个理论迄今经历了无数的发现和验证，都是正确的。相对论预言的许多重大存在，都一一得到了应验。 如引力波、黑洞、时空弯曲、引力透镜等等，都得到了验证。而且，这些发现者和研究者许多得到了诺贝尔物理学奖，但爱因斯坦这位相对论鼻祖却反而没因为相对论得到这个大奖。 量子力学主要是描述微观领域的理论，量子领域的一些奇异古怪的特性与现象，在宏观领域是不存在的。但是，宏观的一切，都是这些微观领域的物质组成的，这些奇异现象的研究和认识，必将推动人类对我们这个世界最本质的认识。 这两个理论一大一小，正在对现代社会生活产生着重大影响。它们更多的是相辅相成，说它们格格不入是不准确的，甚至是错误的。 科学研究发现，我们这个世界的一切运动，都是在四种基本作用力支配下进行的，这四种作用力就是万有引力相互作用力、电磁相互作用力、强相互作用力、弱相互作用力。 一般来说，支配天体运行和宏观世界万物的力主要是万有引力和电磁力，而微观运动主要是强力和弱力。 这些基本作用力，有没有一个统一的基础呢？也就是有没有一个更为简单的理论和公式，把这四种力的最基本本质概括出来呢？ 这样就诞生了一个大统一理论，就是为了统一世界上四种基本力的理论。实际上找到了统一四种基本力的钥匙，就能够把相对论和量子力学统一起来。 现在电磁力和弱力已经得到了统一，强力的加入也早已露出了曙光，只是引力还没有头绪。 引力场论，是爱因斯坦广义相对论里面最重要的筋骨，而引力场论的基石就是引力相互作用。 所以，引力的最深层次本质如果能够与其他三种力得到统一，就是量子力学与相对论统一的时候。 现在科学界比较看好的是弦理论，被认为是统一四种力，并更好解释宇宙最有希望的理论。科学研究就是从表象发现内在本质的过程。纷纷扰扰的世界看起来很复杂，其实真正认识了其本质和规律，就会变得很简单。 就像变魔术，看起来很诡异很烧脑，如果告诉你谜底，就会发现是那么的简单，简单得甚至令你大失所望。 科学也是这样，爱因斯坦发现了质量与能量的当量关系，发现了引力根源是质量对时空的扰动，使这个世界变得更加简单和透明。 未来量子力学与相对论的结合，世界将变得更为简单而光明。 |
|
|
