1905年，爱因斯坦提出“光子假设”，成功解释了光电效应，因此获得1921年诺贝尔物理学奖；继普朗克被称为“量子理论的奠基人”后，他成为量子理论的重要发展者。量子假说与物理学界几百年来信奉的“自然界是连续的”这一哲学思想相矛盾，因此量子理论出现后，许多物理学家都觉得难以接受。普朗克本人也十分怀疑，一度期望能把自己的量子假说重新置入经典物理学的框架中，甚至反对爱因斯坦的光量子说。但是，历史已经将量子论推上了物理学新纪元的快车，量子论的发展势不可挡，不光没有等普朗克转过弯来，甚至连爱因斯坦也没追上其脚步。
1925年薛定谔和玻恩分别发表《波动力学》和《矩阵力学》，建立了量子力学后，爱因斯坦却成了量子力学的主要反对者。他不满意量子力学的后续发展——以玻尔思想为代表的哥本哈根诠释，这一套诠释明确指出自然法则中存在根本的随机性，例如海森堡提出的著名的“测不准原理”。这个原理指出，不可能同时精确地测量出粒子的动量和位置，测量其动量就不能测定位置，反之亦然。虽然在解释事物的微观行为时，量子力学能够很好地处理原子和分子现象中的细节。然而，这一新理论的颠覆性比爱因斯坦对牛顿绝对时空的颠覆还要大。海森堡用测不准原理直接限制了人类对微观世界的认识，并告诉我们只能得到被影响过的结果，而且从理论上这个被测试影响的结果永远不可能更精确。这让爱因斯坦也无法接受。
薛定谔在1935年针对这种情况，设计了一个著名的思想实验“薛定谔的猫”：
把一只猫放进一个封闭的盒子里，然后把这个盒子连接一个包含了一个放射性原子核和一个装有有毒气体的容器的实验装置。
设想这个放射性原子核在一个小时内有50%的可能性发生衰变。如果发生衰变，它将会发射出一个粒子，发射出的这个粒子将会触发这个实验装置，打开装有毒气的容器，从而杀死这只猫。根据量子力学，未进行观察时，这个原子核处于已衰变和未衰变的叠加态，但是，如果在一个小时后把盒子打开，实验者只能看到“衰变的原子核和死猫”或者“未衰变的原子核和活猫”两种情况。
正常的故事中，我们会说那只猫要么死了，要么活着，两者必居其一。但是在量子力学的那套解释中，盒内系统处于两种态的叠加之中，猫处于死活叠加态。显然现实生活中没人见过叠加态的猫，这种说法是在“逗闷子”，猫显然也很介意自己是活还是死，然而量子力学就是打定主意，让这个不幸的动物处于一种悬而未决的第三种状态，直到有人打开盒子看个究竟。这时，猫才会要么生龙活虎，要么一命呜呼，它的死活取决于“打开盒子看究竟”这个行为。
1927年9月，在意大利科摩湖畔召开的纪念伏特逝世100周年大会上，玻尔以《量子公设和原子论的最新发展》为题作了讲演。玻尔首先提出“互补原理”，指出微观粒子现象的任何观测，都必然使得粒子和测量仪器间存在“原则上不可控制的相互作用”，因而我们不可能使微观粒子的波动性和粒子性在同一实验中表现出来，因而必然得出测不准关系。粒子性和波动性，位置和速度，以及能量和时间这些概念是互相排斥的，但在描述同一微观现象时，这些互斥的概念又是互相补充、缺一不可的。而且，只有它们互相补充，我们才能够得到完备的描述。依照这一原理，玻尔指出：“通常意义下的因果性问题不复存在了。相对论改变了空间和时间的观念，现在量子论将改变传统的因果概念。相对论指出同时性的确定离不开参考系的选择，现在量子论则指出在微观领域里不能忽视仪器对微观客体的作用，所以，在这儿我们发现自己正同爱因斯坦走着相同的道路。”
同年10月，比利时布鲁塞尔举行第五届索尔维物理学会议。这次会议的主题是“电子和光子”，这是当时涉及物理学各个领域的一个重要问题。会议中讨论的中心问题就是在新出现的量子力学解释中，是不是一定得采用测不准原理，还有没有比互补原理更好的解决方法。
这次会议爱因斯坦和玻尔都参加了。爱因斯坦秉承他一贯不讲情面的风格，毫不犹豫地直说他不喜欢测不准原理，互补原理也不是一种可以接受的好理论。他说：“这个理论的缺点在于，它一方面无法与波动概念发生更密切的联系，另一方面又把基本物理过程的时间和空间拿来碰运气。当主要的描述方法还不完备时，当然只能由此得出统计性的结果来，这是不足为奇的。”爱因斯坦认为哥本哈根学派的解释，只不过是一种过渡方案。他曾开玩笑地问玻尔：“难道你们真的相信上帝靠掷骰子办事吗？”玻尔也幽默地针锋相对：“难道你不认为用普通的言语来描述神的旨意时，还是小心一点为妙吗？”
3年之后，布鲁塞尔举行了第六届索尔维物理学会议。大家都想看看上次会议的争论还会不会继续下去。会议一开始，爱因斯坦设计了一个非常巧妙的“光盒”思想实验，专攻测不准原理。按照科学家讨论问题的惯例，只要证明测不准原理在任何一个事件中不成立，就可以证明量子理论还不够完备。
和“薛定谔的猫”一样，“光盒”也是思想实验，通过假想的实验进行逻辑推理，以检验思想的成熟性，这是理论物理学家重要的科学研究方法。爱因斯坦的“光盒”是一个假想的里面装满了辐射物质的盒子，一侧有一个小洞，洞口有一块挡板，一个机械钟可以控制挡板的开关。当某一时刻洞门打开，就会放出一个光子。爱因斯坦指出：光子跑出匣子的时间可以精确测出来，光子的能量可以简单地通过盒子质量的变化以及质能公式E=mc2精确地确定。这样，测不准原理中不能同时测准时间和能量的规则就被打破，而准确性和因果性得到了维护，世界恢复正常。
玻尔和爱因斯坦
玻尔被难住了，他一晚上苦苦思索都没个头绪，本来打算投降了。第二天，他居然又找到一个绝妙的反驳，让这个本来是终结测不准原理的思想实验成了它最好的证明。玻尔找到了相对论中的另一个论断：一只钟如果沿重力方向发生位移，它的快慢会发生变化，因此，当光子跑出盒子时，由于匣子质量发生了变化，从而造成了钟表快慢的变化。这样，在测量光子能量的同时就不能准确测量粒子跑出的时间了。这一反驳，实在是太妙了。爱因斯坦不得不承认，玻尔的反驳是完全正确的，尽管他还是不承认玻尔的理论是完备的、不需要补充的。
虽然玻尔始终无法改变爱因斯坦的看法，但他一再表示，正是从爱因斯坦的反对意见中，完善了自己量子力学的思想。他曾经说：“爱因斯坦的关怀和批评，很有价值地激励我们所有人来再度检验和原子现象的描述有关的形势的各个方面。”
授权方：湖北科学技术出版社
作者：梁军
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