普朗克在20世纪的第一年，抱着一个名叫“量子”的新生儿站到了世人眼前。不过，如果仔细地观看普朗克的表情，会察觉出更多的是茫然。因为“量子”一词是他在考虑一个非常具体的经典问题时，作为一种权宜的手段被迫引入的。所以普朗克很小心地回避了“量子”给人提出的尖锐问题：如果在单个原子的辐射发光行为当中，能量确实是一份一份出现的，那将会在多大程度上和当时作为物理学基础的力学和电动力学产生直接的冲突？
世界从此有了光子
5年之后的1905年，供职于瑞士专利局，属于最低级别的三级技术的爱因斯坦，无畏地接受了量子新生儿的挑衅眼光。在那年3月份撰写的一篇论文中，他循着一条直截了当的途径，抓住了问题的实质：物质是由一个个原子组成的，按照经典的电动力学原理，一个个原子运动所激发出来的电磁波被认为是连续变化的，这里面的矛盾一直没有被深究，而爱因斯坦则干脆提出，电磁波本身也可以看成是一份一份的，这就是所谓的光量子（光子）。
光子的概念使得我们立刻理解了一切关于物质发射光和吸收光，以及一些辐射场的现象，如果我们只把光看作是电磁场的波动，无论如何也无法理解这些现象。
然而在当时的物理学家看来，光子的概念是非常难以接受的，因为要问光（电磁波）究竟是什么东西时，如果回答说既是电磁场的一种波动形式，又是可以一份一份单个出现的粒子形式，那简直是过于艰难的事情。以至于最早被迫提出量子概念的普朗克直到1913年还表示反对这个概念，甚至爱因斯坦自己在1911年的时候也还近乎无奈地感叹到：“至于这些光量子是否确实存在过，我不再过问了，我也不再去设法解释它们，因为，我已经明白，我的脑子是无法透彻理解它们的。”
7年之后，他从无奈到彻底地承认了光量子概念的真实性：“对于辐射中量子的实在性，我不再存疑，尽管至今只有我一个人有这种信念。”
而只是承认某种东西是真实存在的，不意味着一定知道那是一个什么东西，就好像一件无头案，案件肯定是真实发生过的事情，但我们还不知道其真相。对于爱因斯坦来说最富戏剧性的是，在最初十多年里似乎还只是他一个人在孤身捍卫量子概念的真实性，而后来几乎是一夜之间人们纷纷都承认了量子的真实性，甚至到后来越来越多的人都认为自己理解了量子的真相，而唯独爱因斯坦，这位在量子观念的早期历史当中最重要的捍卫者和推动者，反而拒绝认可其他人所公认的真相！
从弄潮到观潮
爱因斯坦应该可以说是20世纪物理学历史上最伟大的人物了，然而他的一生总是跟主流物理学有些格格不入：在他迅猛地发展光量子概念的时候，还没有几个人是他的战友；当一群年轻人在“魔法师”玻尔的领导下构建崭新的量子力学新世界，并迅速占据了主流物理学位置的时候，他却至死都对后生们所阐述的量子理论强烈不满。这大概也是20世纪最饶有趣味的一段历史：
——1905年，爱因斯坦明确提出了光子的概念，牛刀小试就圆满地解释了曾经令人百思不得其解的光电现象。
——1906年，爱因斯坦紧接着就把量子的概念扩充到组成物质的粒子的振动上面，由此就轻巧地解决了19世纪末最大的疑难问题之一：低温时物体的比热为什么总是比按照经典理论预测的要低很多？
——随着1911年卢瑟福提出原子的有核模型，以及在1913年玻尔天才地把量子观念引入对原子光谱的理解，爱因斯坦敏锐地在1916年运用玻尔的理论，直接推导出了普朗克最初被迫引入量子概念的辐射公式，从而替普朗克解除了最大的心病，即为什么在物体的发光辐射过程当中，我们不得不使用量子的观念才能正确地理解其现象。令人惊奇的是，在这篇世纪初的文章当中，爱因斯坦顺便从理论上提出了50年后才问世的激光的产生原理。
——1924年，量子力学的奠基人之一德布罗意刚提出物质波的假说，爱因斯坦就直接把这个假说拿来用于研究气体的统计问题，从而建立了后来成为量子统计方法的基础之一的玻色—爱因斯坦量子统计理论。而基于这个理论，后来人们通过实验证实了微观粒子确实同时具有波的性质和粒子的性质，而这种所谓微观粒子的波粒二象性，正是随后诞生的量子力学最基础的概念之一。
由此我们可以知道爱因斯坦确实是量子力学正式诞生之前，对于量子观念最重要的先行者。不过从1925年开始，追随玻尔的年轻人们，诸如海森堡、波恩、泡利等人发动了一场物理学历史上最为波澜壮阔的理论狂飙，建立起了最具叛逆精神的量子力学，并通过那一套令人眼花缭乱的新鲜理论，迅速地解决了微观世界的种种疑难问题。这时，爱因斯坦却几乎是完全地退出了量子理论发展的前沿阵地。
原因很简单，爱因斯坦一方面先知似地认识到了量子观念的真实性，另一方面却完全不相信以玻尔为首的年轻学者们所做出的对于量子实质的解释，因为一种似乎破坏了因果律和客观实在性的量子力学完全不符合他自己对于物理理论的理想。
绝顶争锋
可以说，爱因斯坦把量子力学目前的形式看成是一个半成品，固然这个理论总是正确的，但还不符合爱因斯坦对于属于物理学基础的最终理论的理想。为此，从1920年爱因斯坦和玻尔这两个20世纪物理学伟人第一次在柏林会面开始，他们两人就基于各自的物理学理想，进行了长达数十年的交流和争论，这种争论在1927年的比利时索尔威物理学会议上达到一个高峰。在会下他们俩连续多日进行了激烈的交锋，爱因斯坦运用他在创立相对论时就已经表露无遗的进行理想实验的天才，不断地提出新的实验设计，试图揭示量子力学的内在不完备，而玻尔同样天才地进行反驳，迫使爱因斯坦不得不寻求对实验的改进。对于这场伟人之间的碰撞，同时在场的物理学家艾伦菲斯特作了生动的描述：
“这就像一场棋赛一样。爱因斯坦永远有新的例子。……玻尔在哲学的云雾以外不断地寻求工具来粉碎一个又一个的例子。爱因斯坦像一个盒子里的弹簧人那样，每天早晨都精神抖擞地跳出来……”
他们俩的这种基于理想实验的交锋可以说一直贯穿了他们此后的生活。玻尔在他去世的前一天，还在他家里的黑板上画了一个“爱因斯坦盒”，即爱因斯坦设计的一个质疑量子力学基础的实验装置；而爱因斯坦则自始至终地认为量子理论“根本无法描述实在状态，而只是描述了实在状态的一种不完备的知识”。他在1935年对量子力学的基础做出了有史以来力道最强的一次反击：他和另外两个年轻人玻道尔斯基、罗森合作，直接了当地用“物理实在的量子力学描述能不能被认为是完备的？”作为标题发表了一篇文章，对量子力学进行终极拷问，并提出一个他认为最终可以说明量子力学的不完备性的理想实验。
然而，伟大的爱因斯坦唯独在这点上似乎最终是错了，因为随着21世纪的到来，纳米技术和激光技术获得飞速发展，当初爱因斯坦和玻尔所设计的那些理想实验都逐步地可以真实实现了，在1935年那篇文章里面提出的理想实验甚至构成当今最热门的量子计算机的一个设计基础。而所有那些实验的结果对于爱因斯坦来说都有些残忍，就是玻尔对了，而爱因斯坦错了。
联系客服
