爱因斯坦曾说过“上帝不会掷骰子”，他到底想表达什么？

有一张照片，汇集了当时几乎所有伟大的物理学家，甚至能堪称人类历史上最伟大含金量最高的一张照片，1927年拍摄的第五届索维尔会议的合影！

爱因斯坦，居里夫人，薛定谔，洛伦兹，狄拉克，普朗克.....一个个名字都如雷贯耳，如果没有他们，人类科学虽然不至于停滞不前，但起码要倒退几十年。

而今天的故事就从这张伟大的合影开始说起。

其实第五届索维尔会议的主题是两大派别之间的辩论，这两大派别分别是，以爱因斯坦薛定谔等为首的经典物理学派，还有以玻尔，海森堡，玻恩，泡利等为首的哥本哈根学派。

两大学派争论的是“量子力学”中的不确定性。双方争论的焦点并不是量子力学本身，无论是爱因斯坦还是玻尔，都没有质疑量子力学，爱因斯坦也是量子力学的奠基人之一，当然没有质疑量子力学的道理。

双方争论的焦点在于如何诠释量子力学的诡异性。爱因斯坦是经典物理学的坚定拥护者，认为世界一定是可认知的，可描述的，确定的，这种观点也被称为“实在论”，认为这个世界就是实实在在的，客观存在的，一定有一套物理法则可以准确描述万物的运动规律。

而玻尔为首的哥本哈根学派则不那么认为，玻尔表示，量子世界是不确定的，那里的一切都只能用概率去描述，用数学语言就是“波函数”。量子世界的不确定性与人类的观测水平没有关系，并不是因为人类观测仪器的精确度造成的，而是量子世界的固有属性。也就是说，不管如何观测，不管观测仪器有多精确，都不影响量子世界里微观粒子的不确定性，因为这种不确定性是内在秉性，与外界事物的观测无关。

量子世界的不确定性意味着微观粒子都处于叠加态，举个例子，电子可以自旋，自旋方向分为朝上和朝下，当我们没有观测时，电子的自旋是同时处于朝上和朝下的叠加态，记住，不是“朝上或者朝下”，而是同时“朝上和朝下”！

而当我们实施观测的瞬间，电子的自旋方向就会从“朝上和朝下”的叠加态坍缩为“要么朝上，要么朝下”的确定状态。说白了，不观测时，微观粒子表现为波动性，而一旦实施了观测，微观粒子就会表现为粒子性。

用宏观世界的“掷骰子”行为就更能直观地感受到量子世界里的诡异性了。

现实中我们“掷骰子”，看起来是随机事件，会随机出现1到6之间的任意一个点数，但其实并不是真随机事件，而是“伪随机”事件。为什么这么说？

理论上分析，只要我们能精确控制好“掷骰子”的力度，角度，精确计算出“掷骰子”过程的空气阻力，甚至当时环境的湿度温度等因素对“掷骰子”这个动作的微小影响，最终我们一定会知道最终会“骰子”落下来之后会是几点。

实际上，不仅仅是“掷骰子”，我们宏观世界的任何事件看起来很随机，其实都是伪随机事件，只要能够精确控制事件发生过程的所有参数，就能预测未来的准确走向。哪怕你脑袋里看起来非常随机想出来的一个数字，其实都不是真正的随机事件。

而真随机只会出现在量子世界。也就是说，微观粒子的行为是真正的随机事件。比如说一个电子，可以随机出现在原子核附近的任何位置，甚至可以同时出现在两个不同的位置。

而爱因斯坦提出的“上帝不会掷骰子”，本意正是反驳哥本哈根学派对量子力学不确定性和随机性的描述，爱因斯坦认为，不仅是宏观世界，量子世界的行为同样应该是可以描述的，同样有规律可循的。

但是该如何理解微观粒子的不确定性和随机行为呢？

爱因斯坦认为，之所以在我们看来微观粒子的行为是不确定的，随机的，并不意味着真的如此，很可能是因为人类并没有发现微观粒子真正的运动规律，一定存在某种“隐变量”还没有被发现，这个“隐变量”才是不确定性的本质。

为什么人类发现不了“隐变量”？可能是因为人类科技的落后，观测水平还太低，最终才造成了“不确定性”的假象。

也就是说，爱因斯坦认为，量子世界里的“不确定性”和随机行为只是表象，里面还隐藏着更深层的东西没有挖掘出来。

但是玻尔并不那么认为。玻尔坚持认为微观粒子的运动就是真正的随机事件，就是不确定的，这种不确定性与任何外界因素无关，当然也与人类的观测水平无关，而是微观粒子的固有属性。

说白了，不管人类科技有多先进，看到的微观粒子的状态都是不确定的。

当然，哥本哈根学派人才济济，他们不仅有理论上的分析，还用数学语言描述不确定性原理。微观粒子位置和速度（动量）的不确定性乘积不能小于一个常数，虽然这个常数很小，但的确是大于零的。

这意味着什么呢？

意味着人类永远无法同时观测到微观粒子的位置和速度信息，位置信息越确定，速度就越不确定。反之，速度信息越确定，位置就越不确定。

那么，爱因斯坦和玻尔到底谁对谁错呢？两人之间的争论持续了数十年，一直没有分出胜负。直到贝尔不等式的出现，才暂时让两人之间的争论画上了一个句号。

贝尔不等式，是理论物理学中一个有关是否存在隐变量的不等式。这里就不展开详细讲述了，之前的科普文中有具体讲解。总之就是，如果贝尔不等式成立，那么爱因斯坦就对了。如果贝尔不等式不成立，那么玻尔为首的哥本哈根学派就对了。

结果就是，贝尔不等式确实不成立，起码目前如此。这也是为什么哥本哈根学派会成为如今量子力学中的主流诠释理论。也就是说，爱因斯坦错了！

物理学家们还发现，不仅微观粒子的位置与速度有不确定关系，其他很多物理量也拥有这种关系，比如说时间和能量。

具体来讲就是，时间的不确定性与能量的不确定性乘积也必须不小于同样一个常数。这意味着什么呢？

意味着在足够短的时间里，能量会足够大，只有这样才能满足时间和能量的不确定性关系。说白了，在足够短的时间里，可以上演很多违反我们常识的事情，比如说量子隧穿效应，其实就是时间和能量不确定性关系的直接体现。

微观粒子在某个瞬间，有一定概率穿越“能量势垒”的束缚，直接到达“能量势垒”的另一边。这就相当于面对一堵10米高的墙，无论如何你都跳不过去，因为“10米”已经远远超过了你的“能量势垒”，你可能最多只能翻越一堵2米高的墙，而“2米”就是你的“能量势垒”。

但是，纯理论分析，在足够短的时间里，有那么一瞬间，你有一定概率直接穿过那堵10米高的墙。因为时间足够短，你可以获得足够多的能量。当然，这只是用宏观世界来打比方，现实中不可能发生这样的事情，因为量子效应只会发生在量子世界。

有科学家甚至提出这样一个大胆设想，认为连我们宇宙的诞生都有可能与量子世界中的不确定性有关。

刚才讲了，在足够短的时间里，能量可以非常大。或许，在宇宙诞生之前某一个极其短暂的瞬间，真的随机衍生出极大的能量，而这种能量就是宇宙诞生的基础！