“爱因斯坦，我为你感到脸红！”，艾伦菲斯特怎么说出这样的话？

这句话的全文是“爱因斯坦，我为你感到脸红！你把自己放到了和那些徒劳地想推翻相对论的人一样的位置上了”，这艾伦菲斯特是在1927年的第五届索尔维会议之后气愤的对爱因斯坦说的话！曾经是全宇宙最有智慧的爱因斯坦，在量子革命席卷科学界时，居然站到了科学的对立面，让有些悲剧色彩的艾伦菲斯特如此说他，其实也不为过！

爱因斯坦和量子革命

关于量子革命的起点，最早应该追溯到光的波粒二象性，但从牛顿时代到二十世纪初，前后恩怨300多年，实在太久，我们就从爱因斯坦的光电论文和普朗克的黑体辐射开始说起！

• 普朗克的黑体辐射公式

普朗克的黑体辐射研究源自开尔文男爵的两朵乌云说，第一是光的波动理论，第二则是能量均分的麦克斯韦-玻尔兹曼理论，也就是后来大家熟悉的黑体辐射紫外灾变的，原先对黑体辐射描述的高频端描述精确的是维恩公式，对低频端描述精确的瑞利·金斯公式，但两者都建立在辐射连续性的基础之上，因此两者都无法在整个波段上独立描述，但普朗克在假设能量子一份份发送时却完美的解决了这个问题！

当然普朗克是整个公式是凑起来的，他并不清楚为什么要这样假设，但无疑这个方向是正确的！

• 爱因斯坦的光电理论

1905年3月18日爱因斯坦在《物理学纪事》发表了《关于光的产生和转化的一个启发性观点》，源头是赫兹在研究电磁波时未引起重视的光电现象，爱因斯坦从普朗克的能量子假设出发，解决了光子在金属表面轰击出电子来的原理，完美的解决了光电现象中为什么低频的波段的光强度再大也打不出电子来的问题。将光从的连续性和粒子性升华到了量子的角度下！

两位力学界的泰山北斗就此登场，但比较讽刺的是无论是普朗克还是爱因斯坦却并不知道自己开创的这番事业有什么意义，普朗克在量子论发展初期上非常保守，爱因斯坦则走到了量子论的对立面，这位以后艾伦非斯坦的悲剧以及对他说的那句著名的话埋下了伏笔！

卢瑟福经典和波尔的半经典量子化原子模型

卢瑟福在1909年与他的学生一起使用α粒子轰击金箔发现了原子核，因此将汤姆逊的葡萄干布丁的原子模型更新成了经典的行星原子模型。

卢瑟福的经典原子模型

带负电的电子围绕这带正电的原子核运行，这会放出强烈的电磁波，不超过一秒电子就会坠落在原子核中，然后和质子中和成了中子，成为了中子星物质，但整个世界都好好的，啥事都没有发生，因此不是卢瑟福的原子模型错了就是世界错了！但玻尔认为是他的导师卢瑟福的模型错了！

• 玻尔的半经典，半量子原子模型

1912年玻尔完成了原子结构方面的一篇论文，将量子的概念正式的纳入到了原子内部，玻尔继承了卢瑟福有轨电子的原子模型，但玻尔对电子轨道仍然一头雾水，他受到巴尔末公式的启发，电子只能在特定的轨道上释放特定的能量，受到激发的电子会跃迁到更高的轨道，然后释放出符合巴尔末公式（整数倍E=HV×整数倍N）的能量后又跳回到基态，基态就是波尔规定的电子势能为零的那个轨道。

玻尔将这些想法在1913年以三篇论文的方式发表，分别是《论原子和分子的构造》、《单原子核体系》和《多原子核体系》，他的半量子态的原子模型解释获得了巨大的成功，这个模型解释了磁场下的“斯塔克效应”和“塞曼效应”，但无法解释原子光谱线在弱磁场下的“反常塞曼效应”，因为它需要引进1/2的量子数，玻尔原子模型无能为力，而且这个模型只能解释单电子的原子模型，即使是氦原子（2个电子）也会出现巨大的问题，因此这仍然需要继续完备。

• 量子世界的随机性已经露出了狰狞的面孔

玻尔认为电子在轨道间跃迁是不可预测的，这是一个自发且随机的过程，在理论上没法计算出一个电子跃迁的条件，爱因斯坦则认为，任何物理过程都是可确定和预测的！

爱因斯坦和波尔之间旷日持久的争论由此开始！

海森堡的矩阵力学和薛定谔的波动方程

海森堡曾经在哥本哈根波尔门下呆了大半年，受到哥本哈根派对BKS理论的启发（BKS认为在稳定的原子附近，都存在着某些“虚拟的振动”，这些神秘的虚拟振动通过对应原理一与经典振动相对应，让量子化后的原子内部与经典的波动理论对应），即BKS理论仍然试图调和量子和经典之间的矛盾，但很明显这要破产！

不过BKS也并非一无是处，至少玻尔的助手克莱默利用BKS的虚拟振子思想研究了色散，海森堡从中得到灵感开启了属于他的一个时代，当然不是BKS启发，而是BKS逼得他放弃从谱线强度的虚振子方向研究，转而从电子在原子的运动模式方向上着手推出了海森堡学术生涯中最为重要的矩阵力学。

• 海森堡的矩阵力学

海森堡的矩阵力学中的精髓是I×II≠II×I，也就是著名的p×q≠q×p问题，为了解决这个问题，海森堡引入了最为复杂的数学矩阵，而且他获得了难以想象的成功，海森堡将复杂的矩阵运算规则应用到了景点的动力学公式，将尔和索末菲旧的量子条件改造成新的矩阵力学，可以轻易推导出玻尔的量子化的原子能级和辐射频率！

矩阵力学经过海森堡的老师伯恩和约尔当的改造，阐明了矩阵力学的运算规则，将经典力学的哈密顿函数改造成矩阵模式，电子的动量p和位置q两个物理量称为了庞大的矩阵表格，而且不遵守乘法交换律！通过新的矩阵力学可以推导出牛顿经典力学中种种结论，比如能量守恒！但矩阵力学并不是一种新的力学，而是经典体系的扩充。

• 薛定谔的波动方程

海森堡的矩阵力学无疑是成功的，但这个复杂的矩阵力学，就是全欧洲顶尖的物理学家中也没几个人搞得清楚，所以当薛定谔推出他那经典的波动方程后，大家就一窝蜂的转而去学习薛定谔的波动方程了，而且把海森堡每一份矩阵论文，都被改造成了波动方程的模式，气得海森堡直跳脚，却没有任何办法！

当然海森堡跳脚也没用，因为薛定谔，泡利，约尔当都证明了矩阵力学和波动方程在数学上来说是完全等价的！所以谁还会去学苦涩难懂的矩阵力学呢？只能用一句既生瑜何生亮来形容，海森堡只能自认倒霉，因为他是建立在电子粒子性基础上拿出矩阵力学的，而薛定谔则是电子的波动性总结的方程，矩阵力学中有一个古怪的乘法交换律，而波动方程中的ψ薛定谔认为是电子的电荷在空间中的分布，但到底是是什么，薛定谔自己也不知道！

表面上看来薛定谔的波动方程是连续性的延续，当薛定谔方程正式出台后爱因斯坦赞扬他是伟大的天才，埃仑费斯特花了两个星期来研究它，全世界的物理学家挨都为之欢呼，因为他们从海森堡的繁杂的矩阵力学中解放出来了！

但他们没有意识到一个问题，那就是波函数ψ，这个摧毁一切连续性的怪物将会让所有从经典力学走过来的科学家陷入孤立、迷茫甚至黑暗的境地！

波恩的概率论和海森堡不确定性原理

波恩不认同薛定谔Ψ是电子电荷在空间中实际分布的观点，他认为骰子才是薛定谔波函数Ψ的正确解释，它代表的是一种随机的概率。准确的说，Ψ的平方，代表了电子在某个地方出现的概率！

波恩在1926年7月将这个概率解释带进物理学后，立即让物理界陷入了大讨论，毕竟从经典力学时代走过来的科学家们一时无法接受如此观点，整个因果论，决定论的物理时代突然走到了量子力学时代的概率解释，甚至有很多物理学家宣称，如果真的要用量子力学来解释，他宁愿不解释！但在波恩这个概率论还没有让大家回过神来的时候，海森堡又将放出一个毁三观的理论！

• 海森堡不确定性原理

1927年3月23日海森堡在《物理学杂志》上发表了被称作Uncertainty Principle的理论（不确定性原理）。解释了为什么会发生p×q≠q×p，也就是电子的动量和位置这样的共轭量我们不可能同时获取，这个不确定性原理让刚刚从概率论解释中争的面红耳赤的科学家们再一次面面相觑，因为量子世界的一个有一个新论点几次三番颠覆了大家的三观，将从牛顿时代带过来的些许自尊被踩在脚底下狠狠摩擦，这个翻天覆地的量子论也让当时很多科学家陷入了无比的迷茫！

玻尔的互补原理和第五届索尔维会议

准确的说玻尔的互补原理最初成形于科莫会议，但最终是在第五届索尔维会议上发表，玻尔认为我们对待原子世界尺度的态度，完全独立的观测和测量是不存在的，必须要用相互排斥和相互补充的经典物理学概念，才能在各方提供一个完整的描述，比如光的波粒二象性并不冲突！玻尔最终在第五届索尔维会议上发表了互补原理。

互补原理的发表，表示这哥本哈根诠释的三大根基概率论以及不确定性和互补原理都已经成型，至此量子力学都基础都已经完备，但故事远未结束！

波粒两派以及量子世界的经典与传统在索尔维会议上互相攻击，而玻尔发表的互补原理则试图协调两方面，但爱因斯坦并不认同玻尔的解释，因此爱因斯坦向玻尔发难，认为电子的ψ是“几率分布”会在感应屏上多点瞬时相应，表现出了超距作用，违背了相对论！

当然这并非量子论的存在的BUG，而是玻尔和爱因斯坦根本没有相同的基础，因此才会有各种不同的理解出现，玻尔作为维护量子世界的理论的出发，而爱因斯坦则处在传统的因果论和决定论出发，两者在量子力学这个新生的学科中发生了激烈的碰撞。

尽管爱因斯坦一败涂地，但爱因斯坦从来没有服气过，这一点很有趣，从1905年爱因斯坦发表狭义相对论、1916年发表广义相对论后，科学界一直无法理解这个超前的理论，对爱因斯坦的误解非常深！而在十年后，当爱因斯坦面临新生的量子论时，他不自觉的站到了科学的对立面，尽管爱因斯坦的反对让量子力学更趋向完备，但无疑这给经典力学和量子力学两边支持的科学家造成了严重的分裂！其中的典型就是埃仑费斯特！

后排左三为埃仑费斯特

埃仑费斯特尽管支持玻尔，而且对爱因斯坦说出了那句著名的“爱因斯坦，我为你感到脸红！你把自己放到了和那些徒劳地想推翻相对论的人一样的位置上了”，但作为从经典物理时代成长起来的科学家来说，眼看着着自己曾经想奋斗一生的经典物理的衰败，他感到了无比的痛苦！

埃仑费斯特在1933年9月25日枪杀了他患有智力障碍的儿子后自杀，我们不知道这和量子论以及经典物理的碰撞占了多大的比例，也不知道爱因斯坦是否在其中有影响，但有一点是可以肯定的，量子论中稀奇古怪的观念冲击着科学家最后的心理防线，很可惜埃仑费斯特没有坚持到最后！

埃仑费斯特做了逃兵，但爱因斯坦没有，他在后续和波尔还有长达将近30年的唇枪舌剑，谁都说服不了谁，只是爱因斯坦身边的同盟军越来越少，但提出的问题却越来越尖锐，从早期的光箱实验，到后来的EPR佯谬，尽管玻尔认为爱因斯坦从来都没有好好理解过量子力学才会提出EPR佯谬，但玻尔却也无法验证，所以爱因斯坦从来没有认为自己输过，一直到上世纪八十年代的阿斯派克彻底将爱因斯坦的EPR佯谬予以了验证，以无可争辩的事实宣判爱因斯坦的观点是错的！

但爱因斯坦已经去世二十多年，不知道他有没有在天堂和上帝讨论掷骰子的问题！