作者丨李春生（书房记特约专栏作者）
自从提出广义相对论后，爱因斯坦的工作好像就剩一件事儿，那就是和另一个量子力学的重量级人物，著名的哥本哈根学派的领头人玻尔死磕。两人论战了一辈子，直到两人去世也没有分出谁胜谁负，其过程不可谓不惨烈，对两人来说都是一场人生悲剧。
早在1926年，爱因斯坦在写给玻恩的信里写道：量子力学令人印象深刻，但是一种内在的声音告诉我，它并不是真实的，这个理论产生了很多好的结果，可他并没有使我们更接近老头子的奥秘，我毫无保留的相信，老头子是不掷骰子的。老头子是他对上帝的昵称。
1927年，在比利时布鲁塞尔召开的第五届索尔维会议上，爱因斯坦提出了一个模型：一个电子通过一个小孔得到一幅衍射图像，第一种说法是这里没有一个粒子，而只有在“一团电子云”，它是一个空间的实在。这是薛定谔-德布罗意对电子波的描述（事实上两人认为电子波是一种环状驻波）；第二种说法是的确有一个电子，波函数是几率分布，电子本身不扩散到空中，而只是一种概率波。爱因斯坦认为，第二种说法比第一种说法完备。但是，他反对第二种说法，因为这种随机性表明，同一个过程会产生许多不同的结果，而这样，屏幕上的许多区域就要同时对电子的观测做出反应，这似乎暗示了一种超距作用（action at distance，相隔一定距离的两个物体之间存在着直接、瞬时的相互作用，不需要任何媒质传递，也不需要任何传递时间），从而违背了相对论。
这种质疑是尖锐的和持续不断的。1930年，爱因斯坦提出了“光箱思想实验”。老爱认为，可以精确地知道光子的能量，以及光子通过小孔的精确时间，因此不确定原理不成立。
玻尔的回答是实验所需的条件（重量、弹簧等）总使得不可能同时排除能量和时间上的不确定性。他认为应该对虚构的实验作完整的、详细的描述，没有什么东西是可以凭空想出来的。固定平衡框架的螺栓，用来测量质量所必须允许匣子移动的弹簧，必须添上去的小的重量等等。玻尔的核心思想是不能用不确定性的实验装置来证伪不确定性原理。
1935年。爱因斯坦、B.波多尔斯基和N.罗森为论证量子力学的不完备性而提出了EPR悖论，又称 EPR论证。假设有两个粒子，它们之间存在相互作用，它们分离后没有和其他任何东西相互作用，直到实验工作者决定去研究其中的某一个。每一个粒子都具有自己确定的动量，每一个都位于空间的某个位置。即使是在量子理论的规则之内，在它们相互靠近的时候，我们也可以精确地测量两个粒子的总动量和它们之间的距离。一段较长的时间后，当我们决定去测量一个粒子的动量时，自然会知道另一个粒子的动量应该是多少，因为其总量应该保持不变。测量了它的动量以后，我们现在可以精确地测量同一个粒子的精确位置。这个测量会影响这个粒子的动量，但是不会影响位于远处的另一个粒子的动量。如果知道它的动量和粒子的原始间隔，那么通过测量位置，我们就能够推算出另一个粒子目前的位置，所以我们可以同时了解两个粒子的位置和动量，从而证伪测不准原理。如果对一个粒子进行测量的结果影响了它在别处的伙伴粒子，它们之间似乎存在着穿越时空的瞬时“信息”，或称其为“超距作用”，这违背了因果律。
对于EPR悖论，玻尔的回答是根本不存在量子世界，只存在一种抽象的量子描述。认为物理学的任务是要找出大自然如何运作的，这是错误的。物理学关注的是关于自然我们可以说的那些东西。［布鲁斯·罗森布鲁姆，弗雷德·库特纳，《量子之谜》，第154页］。玻尔认为，所谓“实在”只适合观测手段连起来讲才有意义，在观测之前并没有两个粒子，而只有一个粒子，A和B在观测它们之后才有所谓的自旋，才有了物理意义。玻尔对EPR实在性判据中关于“不对体系进行任何干扰”的说法提出了异议。玻尔认为测量程序对于问题中的物理量赖以确定的条件有着根本的影响，必须把这些条件看成是可以明确应用'物理实在这个词的任何现象中的一个固有要素，既然实验条件已经改变，那么，EPR论证的结论就显得不正确了。玻尔以测量仪器与客体实在的不可分性为理由，否定了EPR论证的前提——物理实在的认识论判据，从而否定了EPR实验的悖论性质。
玻尔的这些回答当然不能让爱因斯坦信服，但是，爱因斯坦竟然也拿不出更有力的实验和证据来反驳（没有实验为基础的辩论不可能分出胜负），但是，他又不能放弃，因此，他俩只能在虚构的思想实验的细节上纠缠。不过，遇上了这样难缠的对手，玻尔着实很悲哀。麻烦的是，EPR悖论将持续发酵，玻姆的隐变量理论、贝尔的贝尔不等式和阿斯派克特实验都是这个争论的延续。玻尔后半生都在绞尽脑汁地思考如何来化解爱因斯坦一浪高过一浪的质疑。玻尔实在想不通，他和爱因斯坦信奉的都是粒子说，建立在真空基础上的粒子说无法解释超距作用问题，粒子之间的相互作用难道要用波动说的同频率干涉来解释吗？那样不就证明粒子说的思路是错误的吗？爱因斯坦是不是疯了？据说玻尔去世前三天还对着黑板上爱因斯坦发来的问题自言自语。他一定是在哀叹：本是同根生！相煎何太急！相煎何太急啊！
为什么爱因斯坦要和玻尔过不去，并死磕了一辈子呢？我们知道，爱因斯坦不仅是相对论的创建者，他也是量子力学的创建者之一。事情是不是很蹊跷？老爱到底在质疑什么呢？
需要注意的是，爱因斯坦和玻尔争论的焦点围绕着不确定原理和超距作用问题。哥本哈根诠释的本质是“随机性”，这就是不确定原理，经典物理学中严格的因果关系被量子力学的统计性解释所取代。波恩诠释的波函数ψ只是一种统计，平方只代表了粒子在某处出现的概率。电子在某处的位置只是一个随机的过程，完全没有严密的因果关系，这违反了因果律。无论从哪个角度看，哥本哈根诠释都是惊世骇俗的，其中的概率解释和不确定原理挑战的是两千年来科学所确立的因果决定论，也动摇了科学的客观性。
我们知道，经典物理学的时空是一种绝对时空，由三维空间加一维时间，称之为“三一时空”。重要的是经典物理学的三一时空是客观存在的，“我”与空间和时间是相互独立的，这个三一时空是一个绝对客观的外部世界。
爱因斯坦把空间和时间的关系硬性地捆绑在一起，把三维空间与一维时间合并成四维的时空结构。这个时空称为相对时空，它以观察者为核心，将过去和现在联系在一起，时间和空间缠绕在一起，称为四维时空。在相对论中没有外部世界和“我”的区分，“我”与客观世界融为一体，“我”的变化带来世界的变化。相对论和哥本哈根诠释一样把观察者与客观世界联系在了一起。根据狭义相对论，时间并不是永远以人们感受到的这种速度进行的，它也会发生变化。它一般是和速度有关的，通过运动可以改变空间的形态。速度越快，越接近于光的极限速度，时间就会越慢。即运动的参照系会改变时间的快慢（动钟变慢假说）——运动的参照系不遵守时间因果律；广义相对论导出时间膨胀问题，空间膨胀则时间向前演进，空间塌缩则时间反向演进（倒退），这更是彻底违反了时间因果律。也就是说，第一个动摇经典物理学因果律和决定论根基的人正是爱因斯坦。
爱因斯坦和玻尔的理论都违反了因果律！都是客观逻辑的背叛者。但是，事实的发展超出了人们的想象，爱因斯坦与经典学派的薛定谔和德布罗意为一方对抗哥本哈根学派，他们的共同点是他们三人捍卫的都是经典理论的因果律。除了这一个共同目标外，双方在其他方面却是对立的。薛定谔和德布罗意都是波动说的坚定支持者，而爱因斯坦却是持粒子说观点的，而他们反对的哥本哈根诠释的波函数概率性正是粒子说观点导致的。可以这样说，从各方面看，爱因斯坦更适合站在薛定谔和德布罗意的对立面的。这是一场阵线并不分明的三方混战。
爱因斯坦竟然站在了坚守因果律和决定论的经典物理的阵营对抗哥本哈根学派，一个打破时间因果律的人为什么要去反对另一个打破因果律的理论呢？这实在是一件匪夷所思的事情，问题是，他要反对哥本哈根诠释的哪一部分呢？
众所周知，光量子的概念爱因斯坦自己提出的。根据量子力学，光子是没有质量但有能量的粒子。问题是，玻尔的确是按照粒子说的思路进行推演的，也就是说，只要认为量子是粒子，任何人推导的结果都大同小异。在20年代60年代以前，玻尔为首的哥本哈根诠释（解释）已等同于量子力学。表面上质疑的是哥本哈根学派，实际上质疑的是整个粒子说的逻辑体系。以此来看，爱因斯坦针对的不是玻尔个人，而是整个哥本哈根学派，或者说，爱因斯坦质疑的是整个量子力学。
对于解决超距作用问题，并且为给引力波寻找一个振动的空间媒介，早在1920年，爱因斯坦就想让以太复活而提出了“广义相对论以太”，但是，随着相对论和量子力学的成功，人们已经接受了真空的概念，所以，爱因斯坦也无力回天，他的余生只能在真空和以太之间摇摆。
我们知道，波动说认为量子（例如光）是以太的横振动，空间由以太这种物质构成。粒子说认为量子是实实在在的粒子，空间必须是空无一物的真空。麻烦的是，如果光量子和电量子是惯性粒子，那么任何非真空空间环境都会与光的恒定传播速度相冲突，粒子说只能建立在真空的基础上。问题是，如果空间是空无一物的真空，那么，客观世界中所有的相互作用力都会存在超距作用问题，空间真空的设定必然导致无法消除的奇异性，这是基于粒子说的物理理论无法摆脱的逻辑困境，这个矛盾无解！当爱因斯坦提出空间存在任何特性的空间介质都意味着真空的“死亡”，这意味着光量子不是一颗“实实在在”的粒子，按照这个非真空的逻辑继续推演下去，以粒子说为基础的“光电效应”解释就是个错误，继而会证明狭义、广义相对性运动原理也是个错误……继续推演下去后果不堪设想。
还有，面对粒子说与非真空空间无法回避的逻辑矛盾，量子力学的错误也意味着相对论的错误，一荣俱荣、一损俱损，以太的复活，摧毁的是所有基于粒子说的思想体系，爱因斯坦处于痛苦的煎熬之中。事实上，在心底他多么希望这场争论玻尔能赢，多么希望玻尔能拿出无可辩驳的证据来拯救粒子说这个思想体系，让粒子说这艘大船能够乘风破浪、一往无前。因此，爱因斯坦对玻尔和哥本哈根诠释的质疑，实际上是他心里内在矛盾的投射；表面上质疑的是哥本哈根诠释，实际上质疑的是粒子说的整个逻辑体系。和玻尔的斗法输赢都是一件痛苦的事情，都意味着自我否定。光量子是什么？在这里还是再一次引述爱因斯坦去世前一年写给挚友索末菲的信：这50年来，冥思苦想并没有让我接近这个问题的答案，什么是光量子？当今任何一个普通人，都认为他知道这个答案，但是他是错的。［彼得·柯文尼，罗杰·海菲尔德，《时间之箭》，湖南科学技术出版社，2008年,第123页］
了解了物理学发展史，我们才能理解这段话的深层次含义。所有的疑惑都能在这段话里找到答案。当今的人们认为的量子是什么呢？答案是光是一种粒子，没有质量但却有能量。如果光量子不是粒子，那是什么呢？经典物理学认为光是一种波，弦理论认为光是一种弦。但是在当时，弦理论还没有提出，那么，如果光不是粒子，那只能是一种波了。所以我们就能理解爱因斯坦为什么和波动说的薛定谔和德布罗意一起反对当时量子力学的主流学派哥本哈根学派了。万事皆有因，没有无缘无故的爱，也没有无缘无故的恨，一切尽在情理之中。
最后要说的是，爱因斯坦还是值得尊敬的，当他发现粒子说的逻辑困境后没有掩耳盗铃，而是勇敢地否定了自己之前的观点，让以太以“广义相对论以太”的形式复活。虽然最后他失败了，但是，他向世人证明了科学精神的真谛是什么。
《一只大象》这作者李春生以旁观者的视角对物理学发展史进行了重新梳理，还原了一些不为人知或被扭曲的历史细节，提醒人们注意“证实性偏见”的危害性。本书并非严谨的学术著作，仅为读者提供一个了解物理学的新视角，希望能够给喜爱物理学的同学们带来启发。
先贤们几千年积攒下来的思想成果滋养了我们的智慧，他们点亮了一个又一个灯塔，指引着人类的发展方向。没有人的观点全部正确，也没有人的观点一无是处。有些观点后来被事实证明是一个个错误，那也是他们在错误的地方树立起了一个个指引正确航道的航标灯。
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