比如我們可以預測某壹時刻汽車的位置,也可以預測自由落體的物體何時觸地。正是在這樣的宏觀環境下,我們壹度認為牛頓的經典力學體系完美地解釋了宇宙的所有規律。
然而,當人類開始接觸潘多拉魔盒時,壹切都不壹樣了。在微觀世界裏,壹切似乎都不可預測。而這壹切都是從電子顯微鏡的發展開始的。電子顯微鏡的發展使人們意識到電子的存在。
壹開始人們以為電子像葡萄幹壹樣嵌在原子裏,但是1909年,盧瑟福通過了?粒子散射實驗證實,原子中心有壹個帶正電的大原子核,而原子核外的電子繞著原子核做圓周運動。
起初,人們認為電子的運動可以像行星繞恒星運動壹樣精確計算,但事實令人失望。電子的運動似乎完全是隨機的,它的軌道在不斷變化。為了便於理解,我們可以想象原子核周圍有三條大小不同的軌道。其實沒那麽簡單。這只是壹個例子。壹開始電子在中間軌道繞原子核運動,然後向外輻射能量,於是能級降低,去了更低的軌道。後來它又吸收了能量,於是就跳到了上面的軌道上。
問題是,電子似乎會掉頭跑到另壹個軌道上。沒有人知道電子是如何改變軌道的。
但是,微觀世界的運動並不是沒有規律的。微觀粒子可以在任何壹點出現,但在某些點出現的概率比在其他點出現的概率要高。所以粒子的確切位置雖然無法得知,但每個位置都可以用概率來描述,這就是概率所統治的微觀世界。
如果隨機和概率是世界的本質,這似乎是不可接受的,不僅對我們,對愛因斯坦也是如此。愛因斯坦壹直認為隨機性永遠不應該是世界的本質,概率主導的量子力學只是壹個理論上的過渡。
愛因斯坦認為微觀粒子的運動是完全可以預測的,之所以不可預測,是因為人類不可能知道支配運動的所有信息。
有點像天氣預報和股票價格。壹般認為天氣預報和股票價格是壹個概率問題。沒有人能準確預測明天的天氣,也沒有人能準確預測某壹時刻的股價,所以天氣預測和股價分析都是壹個概率結果。
它可能準確,也可能不準確,但我們可以知道它準確的概率。但事實上並非如此。其實天氣和股價都是可以準確預測的。試想壹下,如果我們能知道每壹個空氣分子的運動信息,我們能準確預測天氣嗎?同樣,如果能知道每壹個參與股票交易的投資者的行為,自然也能準確預測股價。
人類無法準確預測天氣和股價是因為無法掌握所有的信息,並不是說天氣和股價本身不可預測。愛因斯坦認為微觀世界的粒子運動是壹樣的。
其實我們很願意相信愛因斯坦是對的,因為愛因斯坦描述的世界是我們可以理解的。但從目前的證據來看,似乎愛因斯坦真的錯了。愛因斯坦的理論可以總結為定域實在論,簡單來說就是在某個區域不能有超光速行為,粒子的運動結果不會因為觀測而改變。但隨著壹個強有力的數學公式,即貝爾不等式的提出,愛因斯坦的定域實在論在微觀世界理論上並不成立,隨後的貝爾實驗也證實了這壹點。這壹次,愛因斯坦輸了,至少根據目前的證據。