爱因斯坦所说的“上帝不与宇宙一起玩骰子”是什么意思?

爱因斯坦所说的“上帝不与宇宙一起玩骰子”是什么意思?

爱因斯坦第一次说这是在1926年。1926年,爱因斯坦在回应Born发表的两篇论文时告诉Max Born“上帝不玩骰子”,其中后者提出了他对量子力学的概率解释。爱因斯坦的意思是:上帝创造了一个确定性的世界,而不是一个概率世界。以下是解释。我首先描述了Born的论文,然后是爱因斯坦的着名回应。

近四十年来,爱因斯坦和博恩一直在交换信件,他们成了亲密的朋友。20世纪20年代,爱因斯坦访问了Born,他心爱的小提琴的小提琴将他带到了Born的家。爱因斯坦与Born的妻子Hedi很友好。但他不能接受Born 1926年对量子力学的解释。

1926年,Max Born 发表了一篇论文:“关于碰撞过程的量子力学”,他首次提出了对波函数的概率解释,这意味着微观物理学必须被认为是一种概率论。

爱因斯坦所说的“上帝不与宇宙一起玩骰子”是什么意思?

Max Born

我首先引用Born然后解释引文。

Born在1926年发表了他的第一篇论文:

到目前为止,由海森堡创立的量子力学专门用于计算静止状态以及与过渡相关的振动幅度。......在这方面,自那时以来发展到相当远的形式主义是完善的。然而,这种提出问题的方式只涉及量子理论问题的一个方面。...

在该理论的各种形式中,只有薛定谔形式被证明是合适的,并且在此基础上,我想将其视为量子定律的最基本形式。

ErwinSchrödinger在1925-1926提出了波浪理论,他的波动力学。在这个理论中,他希望恢复对原子力学的经典解释,尽管是波浪而不是粒子。他确信潜在的物理现实是波动,量子理论本质上是波动理论。他写了一个波动方程,他最初将波函数解释为代表电磁场中的振动,我们可以将电子轨道的实际分配给它。薛定谔希望他能够用基本上经典的概念来解释原子的明显的非经典性质,从而恢复量子理论似乎希望放弃的一些决定论和因果关系的概念。因此,他认为电子不是一个粒子,而是一个电磁场中德布罗意波的集合。他提出电子的粒子特性实际上是其纯波性质的表现。当叠加具有不同幅度,相位和频率的波的集合时,它们可能相加以给出位于特定空间区域中的大的合成波。

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薛定谔认为,由于合成波的振幅的平方与作为位置函数的电磁场强度有关,因此波的这种叠加(即波包)通过空间的运动可能看起来像运动一样的所有目的。一个粒子。除了电子移动的尖锐的圆形和椭圆形轨道,我们得到一个原子波振荡代表的原子,在波动力学的早期被称为,因为缺乏更好的名称,波函数,即 如果相位和频率叠加,它们可能相加以产生位于特定空间区域的大的合成波。薛定谔认为,由于合成波的振幅的平方与作为位置函数的电磁场强度有关,因此波的这种叠加(即波包)通过空间的运动可能看起来像运动一样的所有目的。

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一个粒子。除了电子移动的尖锐的圆形和椭圆形轨道,我们得到一个原子波振荡代表的原子,在波动力学的早期被称为,因为缺乏更好的名称,波函数,即 如果相位和频率叠加,它们可能相加以产生位于特定空间区域的大的合成波。薛定谔认为,由于合成波的振幅的平方与作为位置函数的电磁场强度有关,因此波的这种叠加(即波包)通过空间的运动可能看起来像运动一样的所有目的。一个粒子。除了电子移动的尖锐的圆形和椭圆形轨道,我们得到一个原子波振荡代表的原子,在波动力学的早期被称为,因为缺乏更好的名称,波函数,即 薛定谔认为,由于合成波的振幅的平方与作为位置函数的电磁场强度有关,因此波的这种叠加(即波包)通过空间的运动可能看起来像运动一样的所有目的。

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一个粒子。除了电子移动的尖锐的圆形和椭圆形轨道,我们得到一个原子波振荡代表的原子,在波动力学的早期被称为,因为缺乏更好的名称,波函数,即 薛定谔认为,由于合成波的振幅的平方与作为位置函数的电磁场强度有关,因此波的这种叠加(即波包)通过空间的运动可能看起来像运动一样的所有目的。一个粒子。除了电子移动的尖锐的圆形和椭圆形轨道,我们得到一个原子波振荡代表的原子,在波动力学的早期被称为,因为缺乏更好的名称,波函数,即ψ功能。

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与薛定谔关于波动力学的论文同时,Werner Heisenberg出现了另一篇论文,他开发了一种称为量子力学矩阵公式的量子力学方法,或简单的矩阵力学。尽管理论的预测是相同的,但理论却截然不同。这两种理论从完全不同的假设开始,使用完全不同的数学方法,似乎没有任何共同之处。

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在经典力学中,线性振荡器由两个数字描述:它从平衡位置q的位移和它的速度,即动量p,两个量都在时间上周期性地变化。这些量是由矩阵,其中的各个值给出pμν与频率ν振荡fμν通过矩阵给出为好。将qp代入经典力学方程,海森堡期望获得各种振荡器的各个频率和幅度。然而,在经典力学中,qp是普通数字,因此在计算中是否写入pqqp没有区别。但是矩阵p和q不通勤,即pq ≠ qp。所以必须引入一个额外的假设来说明pq和qp之间的区别。海森堡假设这个差异,也就是矩阵I,等于具有普通数值系数的单位矩阵,他选择了h /2πi。因此,附加条件变为:

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将这个条件加到以矩阵形式写成的经典力学方程中,海森堡得到了一个方程组,其结果与使用薛定谔方程得到的结果相同。

但是,薛定谔在1926年发表了一篇论文,并指出矩阵力学和波动力学给出了相同的结果,因为这两种理论实际上是等价的。今天我们说p是位置算子,q 是动量算子。由于波包分散的趋势,薛定谔的解释不能用于描述电子的路径。任何看过云室中电子留下的轨道的人都可以确信电子的粒子特性的真实性。

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Born然后提出了他的另类观点:他在Schrödinger的波动力学中引入了统计或概率元素。Born只采用了薛定谔波动方程,但放弃了薛定谔对波动力学的确定性,经典解释。然后,他给出了一个新的统计解释。他在论文的脚注中写道:

更精确的论证将表明概率与数量Φmn的平方成正比

这导致了着名的概率幅度。

出生然后在他的论文中解释:

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然后,薛定谔的量子力学给出了碰撞效果问题的完全确定的答案; 然而,一个人没有处理任何因果关系。人们无法回答“碰撞后的状态是什么”这一问题,而只是回答“碰撞的规定效果有多大可能性”的问题(其中,人们必须自然地验证能量的量子力学定律)。

这引发了决定论的整个问题。从我们的量子力学的角度来看,没有数量可以在个别情况下因果关系确定碰撞的影响; 然而,到目前为止,我们还不知道原子的内部属性需要一定的碰撞效果,即使是从实验中也是如此。我们是否希望发现这些属性(可能是内部原子运动的阶段)并确定个别情况?或者我们是否应该相信理论和实验之间关于我们无法为因果进化提供条件的协议与这些条件不存在这一事实的预先稳定和谐?我自己倾向于放弃原子世界中的决定论。

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爱因斯坦无法接受这种观点。但在同名的续集中,博恩写道:

这两种观点(矩阵力学和薛定谔的波动力学)都不值得我满意。我想在这里尝试第三种解释并测试其对碰撞过程的适用性。我在此开始评论爱因斯坦关于波场和光量子之间的关系。他大约说波浪只被视为显示红细胞光量子的方式,他说的是“幽灵场”[Gespensterfeld]。这决定了作为能量和动量的载体的一个光量子选择确定路径的概率。然而,这个领域本身没有能量或动力。

......很明显,将德布罗意 - 薛定谔波视为“鬼场”,甚至更好地将其视为指导领域[Führungsfeld]。

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爱因斯坦的“鬼场”被定义为“波只被视为显示微粒光量子的方式”,也就是说,量子粒子具有与其相关的鬼场(波),或者粒子由领域。

Born 在上述论文发表前一个月写信给爱因斯坦:

关于我,可以说,物理方面我完全满意,因为我的想法是将薛定谔的波场视为你的意义上的“鬼场”,一直证明更好。

薛定谔将波函数引入量子力学,并尝试用波状模型来解释它。Born希望找到一种调和粒子和波浪的方法,他将概率与爱因斯坦的鬼场联系起来。但根据Born的说法,波函数没有物理现实,爱因斯坦的鬼场变成了概率幅度,一个(鬼场)²。波函数ψ确定粒子的概率分布; 也就是说,描述粒子行为的波函数ψ与在无穷小区域中找到粒子的概率有关。

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索尔维国会 1927年

然而,爱因斯坦反对博恩对薛定谔波动力学的概率解释。他还反对将他的“幽灵场”转变为概率幅度。因此,他在1926年12月4日给Born写了一封信,他在信中表达了他的反对意见:

量子力学肯定是强加的。但内心的声音告诉我,它还不是真实的东西。该理论说了很多,但并没有真正让我们更接近“旧的”的秘密。无论如何,我确信他不是在玩骰子。

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随后,他还反对海森堡的不确定性原则。你对事物的动力了解得越多,你对其立场的了解就越少; 你对它的位置知之甚多,你对它的动力了解得越少。这是海森堡的不确定性原则,爱因斯坦无法接受。后来爱因斯坦反对“远距离的幽灵行动”(纠缠)。爱因斯坦属于旧的量子理论生成:光量子,光电效应,所谓的“确定性”量子理论。在1935年援引EPR悖论之后,爱因斯坦在1944年再次写信给Born关于上帝不玩骰子:

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我们已经成为科学期望中的反对者。你相信在玩骰子的上帝,我在一个客观存在的世界中完全的法律和秩序,我以一种疯狂的投机方式,试图捕捉。

后来,概率问题并不是爱因斯坦对量子力学普遍解释的不满的最深层来源。

爱因斯坦还写道:

......放弃因果关系的痛点不在于放弃一种独立于观察的现实思想。

(来自:爱因斯坦从'B'到'Z'| John Stachel)

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老化的爱因斯坦曾经重复他在1926年创造的aperçu,上帝不会玩骰子。正如John Archibald Wheeler回忆的那样:

我的导师,丹麦物理学家尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)用这个量子做了他的和平。他在1927年颁布的“哥本哈根解释”弥合了量子世界的陌生与我们周围世界的平凡之间的差距。玻尔表示,这是一种衡量行为,它将量子事件的不确定性转化为日常经验的确定性。他说,人们可以衡量的是必然有限的。根据他的互补原则,你可以用一种方式或另一种方式看待某些东西,但不能同时以两种方式看待。正如一位法国物理学家所说,它可能是“来自北方的迷雾”,但哥本哈根解释仍然是我们所拥有量子的最佳解释。

例如,阿尔伯特爱因斯坦永远不会接受这种世界观。波尔和爱因斯坦在十多年来的一次又一次的辩论中,对这些问题进行了辩论 - 始终本着相互钦佩和尊重的精神。我努力说服爱因斯坦,但没有成功。有一次,大约在1942年,我到他在普林斯顿的家里,告诉他一种新的方式来看待我的学生理查德·费曼开发的量子世界[ 所有可能性的总和:量子理论的路径积分公式 ]。

费曼描绘了一个电子从A点到B点不是通过一条或另一条可能的路径,而是通过一次采取所有可能的路径。耐心倾听之后,爱因斯坦说,正如他在其他场合所说的那样,“我仍然无法相信上帝骰子。”然后他补充说,“但也许我已经有权犯错误。”

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Wheeler,Archibald John(2000)。“'一个实用的工具,'但是太困惑了。” 12月12日纽约时报

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