2008-05-03 11:08:15其石山人
愛因斯坦的上帝不擲骰子
── 摘自：周小安博士《上帝不會擲骰子嗎？》1999年3月
“上帝不會擲骰子”是著名物理學家愛因斯坦的名言。要正確瞭解這個命題的真正涵意，還需要回到他之所以提出的背景。那就是二十世紀上半期量子力學的誕生和成熟期。物理學家們發現，對一個量子系統作單個測量，在原則上不能得到精確的結果，而只能得到獲得某種結果的概率是多少。
對於量子力學測量的上述不可精確預期性或隨機性存在好幾種不同的解釋。其中有兩個主要的派別。一是所謂“正統派”，或“哥本哈根學派”，由大多數量子物理學家所持守。二是以愛因斯坦為代表的少數非正統派。“正統派”以為量子力學（包括量子力學測量）對微觀物理系統的描述是完備的。言下之意，隨機性或不可精確預期性是客觀物理世界的一個根本方面。愛因斯坦至死都不接納這種觀點。他認為量子力學的描述是不完備的。言下之意，隨機性或不可精確預期性不是客觀物理世界的根本方面，只不過是人們對它的認識不完備而已。“上帝不會擲骰子”正是愛因斯坦用宗教的術語來表達他對量子力學和客觀物理世界的根本看法。
從哲學來看，愛因斯坦與“正統派”的爭論，焦點並非客觀物理世界是否存在秩序和規律（這幾乎是所有科學家的共識）。關鍵在於：這個井然有序的客觀世界究竟是完全決定性的，還是為機會、發展、新穎性以及人的自由和神的作為留有實實在在的空間？愛因斯坦顯然屬於前者。在這一點上，他與另一位元著名物理學家牛頓幾乎一致，但與其他大多數量子物理學家相反。
愛因斯坦對量子力學與客觀物理世界的看法與他的神觀或宗教觀有密切的關聯。愛因斯坦是一位有神論者，但卻不是一名基督徒，也不是一名猶太教徒。這是因為，他所相信的神，是超一流的數學家，無限智慧者，但卻不是聖經所啟示或基督徒所信奉的神。愛因斯坦的神是不吃人間煙火的，更不會為人類的罪，降世為人，死在十字架上，又從死裏復活，叫一切相信的，不至滅亡，反得永生。
── 摘自：聶運偉《愛因斯坦傳》
1929年4月24日，紐約猶太教堂牧師哥耳德斯坦從紐約發出一份海底電報到柏林，問愛因斯坦：“您信仰上帝嗎？回電費已付。請至多用五十個字回答。”愛因斯坦在接到電報的當天，就發了回電：“我信仰斯賓諾莎的那個在存在事物的有秩序的和諧中顯示出來的上帝，而不信仰那個同人類的命運和行為有牽累的上帝。”
西方許多著名自然科學家對宇宙結構的對稱性、美和秩序，才覺得那麼親切，又令人仰視。像愛因斯坦一樣，這種科學家們共有的宇宙宗教感，就是人對絕對的追求和心嚮往之；就是人把自己的精神同宇宙永恆的精神融合在一起的企圖；同時也是人對宇宙秩序井然表示一種無限的敬畏和贊歎，以及人對其自身理性力量的表述和信賴。這樣的自然科學家可以開列出一個長長的名單：開普勒、牛頓、萊布尼茨、康托爾、法拉第、薩巴第、盧瑟福、康普頓、玻恩、泡利、海森伯等等。這些泛神論者在科學的立場上，在各自的科學研究中，都像愛因斯坦一樣，把上帝、自然已融合為一個統一的偉大觀念，即上帝——自然（Gott－Natur）。科學家們並沒有向遠古神秘的宗教繳械投降，相反，他們只是以宗教般的虔誠與獻身精神，用理性的語言揭開了人類萬世景仰的自然奧秘。當人依靠理性發現並欣賞到宇宙的完美，宗教千百年來的內在企盼就與近代以來的科學睿智並肩而立。
── 以下文章摘自《維基百科》：
光究竟是波還是粒子？光的波動說與微粒說之爭從十七世紀初開始，至二十世紀初以光的波粒二相性告終，前後共三百多年的時間。正是這種爭論，推動了科學的發展，並導致了20世紀物理學的重大成就——量子力學的誕生。
1905年愛因斯坦提出光電效應,認為紫外線照射物體表面時,將能量傳給表面電子,使之擺脫原子核束縛,從表面釋放出來,
[波粒二相性]
波粒二相性是指一切物質同時具備波的特質及粒子的特質。波粒二相性是量子力學中的一個重要概念。
1905年由阿爾伯特•愛因斯坦研究的光電效應展示了光粒子性的一面。隨後，電子衍射被預言和證實了。這又展現了原來被認為是粒子的電子波動性的一面。
這個波與粒子的困擾終於在二十世紀初由量子力學的建立所解決，即所謂波粒二相性。他提供了一個理論框架，使得任何物質在一定的環境下都能夠表現出這兩種性質。量子力學認為自然界所有的粒子，如光子、電子或是原子，都能用一個微分方程，如薛定諤方程來描述。這個方程的解即為波函數，它描述了粒子的狀態。波函數具有疊加性，即，它們能夠像波一樣互相干涉和衍射。同時，波函數也被解釋為描述粒子出現在特定位置的幾率幅。這樣，粒子性和波動性就統一在同一個解釋中。
之所以在日常生活中觀察不到物體的波動性，是因為他們的質量太大，導致特徵波長比可觀察的限度要小很多，因此可能發生波動性質的尺度在日常生活經驗範圍之外。這也是為什麼經典力學能夠令人滿意地解釋「自然現象」。反之，對於基本粒子來說，它們的質量和尺度決定了它們的行為主要是由量子力學所描述的，因而與我們所習慣的圖景相差甚遠。
[愛因斯坦和光子]
1905年，愛因斯坦對光電效應提出了一個理論，解決了之前光的波動理論所無法解釋的這個實驗現象。他引入了光子，一個攜帶光能的量子的概念。
在光電效應中，人們觀察到將一束光線照射在某些金屬上會在電路中產生一定的電流。可以推斷是光將金屬中的電子打出，使得它們流動。然而，人們同時觀察到，對於某些材料，即使一束微弱的藍光也能產生電流，但是無論多麼強的紅光都無法在其中引出電流。根據波動理論，光強對應於它所攜帶的能量，因而強光一定能提供更強的能量將電子擊出。然而事實與預期的恰巧相反。
愛因斯坦將其解釋為量子化效應：電子被光子擊出金屬，每一個光子都帶有一部分能量E，這份能量對應於光的頻率ν：
這裡h是普朗克常數（6.626 x 10-34 J s）。光束的顏色決定於光子的頻率，而光強則決定於光子的數量。由於量子化效應，每個電子只能整份地接受光子的能量，因此，只有高頻率的光子（藍光，而非紅光）才有能力將電子擊出。
愛因斯坦因為他的光電效應理論獲得了1921年諾貝爾物理學獎。
[量子力學]
量子力學是描寫微觀物質的一個物理學理論，與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱，許多物理學理論和科學如原子物理學、固體物理學、核子物理學和粒子物理學以及其他相關的學科都是以量子力學為基礎。
19世紀末，古典力學和古典電動力學在描述微觀系統時的不足越來越明顯。量子力學是在20世紀初由蒲朗克、尼爾斯•玻耳、沃納•海森堡、薛丁格、沃爾夫岡•庖利、德布羅意、馬克斯•玻恩、恩裏科•費米、保羅•狄拉克等一大批物理學家共同創立的。通過量子力學的發展人們對物質的結構以及其交互作用的見解被革命化地改變。通過量子力學許多現象才得以真正地被解釋，新的、無法直覺想像出來的現象被預言，但是這些現象可以通過量子力學被精確地計算出來，而且後來也獲得了非常精確的實驗證明。除通過廣義相對論描寫的重力外，至今所有其他物理基本交互作用均可以在量子力學的框架內描寫（量子場論）。
“上帝不會擲骰子”是著名物理學家愛因斯坦的名言。要正確瞭解這個命題的真正涵意，還需要回到他之所以提出的背景。那就是二十世紀上半期量子力學的誕生和成熟期。物理學家們發現，對一個量子系統作單個測量，在原則上不能得到精確的結果，而只能得到獲得某種結果的概率是多少。
對於量子力學測量的上述不可精確預期性或隨機性存在好幾種不同的解釋。其中有兩個主要的派別。一是所謂“正統派”，或“哥本哈根學派”，由大多數量子物理學家所持守。二是以愛因斯坦為代表的少數非正統派。“正統派”以為量子力學（包括量子力學測量）對微觀物理系統的描述是完備的。言下之意，隨機性或不可精確預期性是客觀物理世界的一個根本方面。愛因斯坦至死都不接納這種觀點。他認為量子力學的描述是不完備的。言下之意，隨機性或不可精確預期性不是客觀物理世界的根本方面，只不過是人們對它的認識不完備而已。“上帝不會擲骰子”正是愛因斯坦用宗教的術語來表達他對量子力學和客觀物理世界的根本看法。
從哲學來看，愛因斯坦與“正統派”的爭論，焦點並非客觀物理世界是否存在秩序和規律（這幾乎是所有科學家的共識）。關鍵在於：這個井然有序的客觀世界究竟是完全決定性的，還是為機會、發展、新穎性以及人的自由和神的作為留有實實在在的空間？愛因斯坦顯然屬於前者。在這一點上，他與另一位元著名物理學家牛頓幾乎一致，但與其他大多數量子物理學家相反。
愛因斯坦對量子力學與客觀物理世界的看法與他的神觀或宗教觀有密切的關聯。愛因斯坦是一位有神論者，但卻不是一名基督徒，也不是一名猶太教徒。這是因為，他所相信的神，是超一流的數學家，無限智慧者，但卻不是聖經所啟示或基督徒所信奉的神。愛因斯坦的神是不吃人間煙火的，更不會為人類的罪，降世為人，死在十字架上，又從死裏復活，叫一切相信的，不至滅亡，反得永生。
── 摘自：聶運偉《愛因斯坦傳》
1929年4月24日，紐約猶太教堂牧師哥耳德斯坦從紐約發出一份海底電報到柏林，問愛因斯坦：“您信仰上帝嗎？回電費已付。請至多用五十個字回答。”愛因斯坦在接到電報的當天，就發了回電：“我信仰斯賓諾莎的那個在存在事物的有秩序的和諧中顯示出來的上帝，而不信仰那個同人類的命運和行為有牽累的上帝。”
西方許多著名自然科學家對宇宙結構的對稱性、美和秩序，才覺得那麼親切，又令人仰視。像愛因斯坦一樣，這種科學家們共有的宇宙宗教感，就是人對絕對的追求和心嚮往之；就是人把自己的精神同宇宙永恆的精神融合在一起的企圖；同時也是人對宇宙秩序井然表示一種無限的敬畏和贊歎，以及人對其自身理性力量的表述和信賴。這樣的自然科學家可以開列出一個長長的名單：開普勒、牛頓、萊布尼茨、康托爾、法拉第、薩巴第、盧瑟福、康普頓、玻恩、泡利、海森伯等等。這些泛神論者在科學的立場上，在各自的科學研究中，都像愛因斯坦一樣，把上帝、自然已融合為一個統一的偉大觀念，即上帝——自然（Gott－Natur）。科學家們並沒有向遠古神秘的宗教繳械投降，相反，他們只是以宗教般的虔誠與獻身精神，用理性的語言揭開了人類萬世景仰的自然奧秘。當人依靠理性發現並欣賞到宇宙的完美，宗教千百年來的內在企盼就與近代以來的科學睿智並肩而立。
── 以下文章摘自《維基百科》：
光究竟是波還是粒子？光的波動說與微粒說之爭從十七世紀初開始，至二十世紀初以光的波粒二相性告終，前後共三百多年的時間。正是這種爭論，推動了科學的發展，並導致了20世紀物理學的重大成就——量子力學的誕生。
1905年愛因斯坦提出光電效應,認為紫外線照射物體表面時,將能量傳給表面電子,使之擺脫原子核束縛,從表面釋放出來,
[波粒二相性]
波粒二相性是指一切物質同時具備波的特質及粒子的特質。波粒二相性是量子力學中的一個重要概念。
1905年由阿爾伯特•愛因斯坦研究的光電效應展示了光粒子性的一面。隨後，電子衍射被預言和證實了。這又展現了原來被認為是粒子的電子波動性的一面。
這個波與粒子的困擾終於在二十世紀初由量子力學的建立所解決，即所謂波粒二相性。他提供了一個理論框架，使得任何物質在一定的環境下都能夠表現出這兩種性質。量子力學認為自然界所有的粒子，如光子、電子或是原子，都能用一個微分方程，如薛定諤方程來描述。這個方程的解即為波函數，它描述了粒子的狀態。波函數具有疊加性，即，它們能夠像波一樣互相干涉和衍射。同時，波函數也被解釋為描述粒子出現在特定位置的幾率幅。這樣，粒子性和波動性就統一在同一個解釋中。
之所以在日常生活中觀察不到物體的波動性，是因為他們的質量太大，導致特徵波長比可觀察的限度要小很多，因此可能發生波動性質的尺度在日常生活經驗範圍之外。這也是為什麼經典力學能夠令人滿意地解釋「自然現象」。反之，對於基本粒子來說，它們的質量和尺度決定了它們的行為主要是由量子力學所描述的，因而與我們所習慣的圖景相差甚遠。
[愛因斯坦和光子]
1905年，愛因斯坦對光電效應提出了一個理論，解決了之前光的波動理論所無法解釋的這個實驗現象。他引入了光子，一個攜帶光能的量子的概念。
在光電效應中，人們觀察到將一束光線照射在某些金屬上會在電路中產生一定的電流。可以推斷是光將金屬中的電子打出，使得它們流動。然而，人們同時觀察到，對於某些材料，即使一束微弱的藍光也能產生電流，但是無論多麼強的紅光都無法在其中引出電流。根據波動理論，光強對應於它所攜帶的能量，因而強光一定能提供更強的能量將電子擊出。然而事實與預期的恰巧相反。
愛因斯坦將其解釋為量子化效應：電子被光子擊出金屬，每一個光子都帶有一部分能量E，這份能量對應於光的頻率ν：
這裡h是普朗克常數（6.626 x 10-34 J s）。光束的顏色決定於光子的頻率，而光強則決定於光子的數量。由於量子化效應，每個電子只能整份地接受光子的能量，因此，只有高頻率的光子（藍光，而非紅光）才有能力將電子擊出。
愛因斯坦因為他的光電效應理論獲得了1921年諾貝爾物理學獎。
[量子力學]
量子力學是描寫微觀物質的一個物理學理論，與相對論一起被認為是現代物理學的兩大基本支柱，許多物理學理論和科學如原子物理學、固體物理學、核子物理學和粒子物理學以及其他相關的學科都是以量子力學為基礎。
19世紀末，古典力學和古典電動力學在描述微觀系統時的不足越來越明顯。量子力學是在20世紀初由蒲朗克、尼爾斯•玻耳、沃納•海森堡、薛丁格、沃爾夫岡•庖利、德布羅意、馬克斯•玻恩、恩裏科•費米、保羅•狄拉克等一大批物理學家共同創立的。通過量子力學的發展人們對物質的結構以及其交互作用的見解被革命化地改變。通過量子力學許多現象才得以真正地被解釋，新的、無法直覺想像出來的現象被預言，但是這些現象可以通過量子力學被精確地計算出來，而且後來也獲得了非常精確的實驗證明。除通過廣義相對論描寫的重力外，至今所有其他物理基本交互作用均可以在量子力學的框架內描寫（量子場論）。
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