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    为什么爱因斯坦,会在量子力学和天文学中,犯下两项重大错误?

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      高考加油

      科学研究是建立在观察到自然现实与用数学语言表述的理论,对这一现实表述之间关系的基础上。如果理论的所有结果都被实验证明了,那么它就被认为是有效的。这种方法已经使用了近四百年,建立了一致的知识体系。但这些进步都要归功于人类的智慧和先驱智者,尽管如此,他们仍然能够坚持自己先前存在的信仰和偏见。这可能会影响科学的进步,即使对最伟大的人来说也是如此(比如爱因斯坦)。

      第一个错误:宇宙学常数

      在爱因斯坦广义相对论杰作中,他写下了描述宇宙随时间演变的方程式。这个方程的解,表明宇宙是不稳定的,而不是像当时认为的那样,是一个体积恒定的巨大球体,恒星在周围滑动。在20世纪初,认为我们生活在一个静止的宇宙中,在这个宇宙中,恒星的运动是不变的。这可能要归功于亚里士多德,他说天空是不变的,不像地球是运动的。

      为什么爱因斯坦,会在量子力学和天文学中,犯下两项重大错误?

      这一想法引起了历史上的反常:1054年,我们中国人注意到天空中出现了一种新的光线,但没有欧洲历史记录提到这一点。然而,它可以在全天看到,并持续了几个星期。这是一颗超新星,也就是一颗垂死的恒星,其残余物仍然可以被视为蟹状星云。在欧洲占主导地位的思想,阻止人们接受一种与天空不变的想法完全矛盾的现象。超新星是一种非常罕见的事件,平均肉眼只能在一个世纪内观测到一次。

      为什么爱因斯坦,会在量子力学和天文学中,犯下两项重大错误?

      上一次可以追溯到1987年,因此,亚里士多德认为天空不变几乎是正确的,至少在人类生活的规模上是这样。为了保持与静态宇宙的想法一致,爱因斯坦在方程式中引入了一个宇宙学常数,这“冻结”了宇宙的状态。他的直觉让他误入歧途:1929年,当哈勃证明宇宙正在膨胀时,爱因斯坦承认他犯了“他最大的错误”。

      第二个错误:量子随机性

      量子力学几乎与相对论同时发展,量子力学描述了无限小尺度上的物理(普朗克尺度),爱因斯坦在1905年对这一领域做出了巨大贡献,他将光电效应解释为电子和光子之间的碰撞,即携带纯能量的无限小粒子。换句话说,传统上被描述为波的光行为就像粒子流,正是这一进步,而不是相对论,为爱因斯坦赢得了1921年的诺贝尔奖。但是,尽管做出了这一重大贡献,他仍然顽固地拒绝量子粒子世界不受经典物理严格决定论的约束。

      为什么爱因斯坦,会在量子力学和天文学中,犯下两项重大错误?

      量子世界是概率性的,我们只知道如何在一系列可能性中预测发生的可能性。在爱因斯坦的盲目中,我们再次看到了希腊哲学的影响。柏拉图教导说:思想应该保持理想,不受现实的偶然性影响,这是一种高尚的思想,但并不遵循科学的戒律。知识需要与所有预测的事实完全一致,而信念则是建立在可能性的基础上,这种可能性是由部分观察产生的。

      为什么爱因斯坦,会在量子力学和天文学中,犯下两项重大错误?

      爱因斯坦本人确信,纯粹的思想能够完全捕捉到现实,但量子随机性与这一假设相矛盾。在实践中,这种随机性并不是纯粹的噪声,因为它受到海森堡测不准原理的约束。这一原理将集体决定论强加于粒子组,电子本身是自由的,因为我们不知道如何计算离开空穴时的轨迹,但一百万个电子绘制了一个衍射图,显示出我们确实知道如何计算的暗条纹和亮条纹。

      为什么爱因斯坦,会在量子力学和天文学中,犯下两项重大错误?

      但爱因斯坦并不接受这种根本的非决定论,正如他挑衅性的结论所总结的那样:上帝不会和宇宙掷骰子。爱因斯坦设想了隐藏变量的存在,即物理学家用来描述粒子的质量、电荷和自旋之外尚未发现的数字。但实验并不支持这一观点,不可否认的是,现实的存在超出了我们的理解,我们不可能知道关于无限小世界的一切。

      想象力偶然的突发奇想

      在科学方法的过程中,还存在着一个不完全客观的阶段。这就是理论概念化的原因,爱因斯坦用思维实验给出了一个著名的例子:想象力比知识更重要。事实上,当一个物理学家观察不同的观测时,他必须想象一个潜在的定律。有时,几个理论模型会争相解释一个现象,只有在这一点上,逻辑才会再次占据上风。情报的作用不是发现,而是准备,它只对服务任务有好处,这样,思想的进步就源于所谓的直觉。

      为什么爱因斯坦,会在量子力学和天文学中,犯下两项重大错误?

      这是一种超越纯粹理性的知识飞跃,客观和主观之间的界限不再是完全稳固的。思想来自于电磁脉冲作用下的神经元,其中一些特别活跃,就好像细胞之间有一条短路,在那里偶然性在起作用。但这些直觉,或人类精神的“花朵”,对每个人来说都不一样,爱因斯坦的大脑产生了“E=mc2”,而普鲁斯特的大脑则提出了一个令人钦佩的比喻。直觉是随机出现的,但这种随机性受到每个人的经验、文化和知识的制约。

      随机性的优势

      这不应该是一个令人震惊的消息,因为有一个现实不是我们自己的智力所能掌握的。没有随机性,我们就会受到本能和习惯的指引,一切让我们变得可预测的东西。我们所做的几乎完全局限于这第一层现实,有普通的关切和必须完成的任务。但还有另一层现实,在这层现实中,明显的随机性是关键特征,任何行政或学术努力都无法取代伟大人物所拥有的机会奇迹。爱因斯坦是创新精神和自由精神的典范,但他仍然保留着自己的偏见。

      为什么爱因斯坦,会在量子力学和天文学中,犯下两项重大错误?

      爱因斯坦的“第一个错误”可以概括为:我拒绝相信宇宙的起源。然而,实验证明他错了,他对上帝掷骰子的判决意味着,“我拒绝相信机会”。然而,量子力学包含了强制性的随机性。他的话回避了一个问题,即他是否会在一个没有机会的世界相信上帝,这将极大地限制我们的自由,因为我们将被限制在绝对决定论中,爱因斯坦顽固地拒绝了。对他来说,人脑应该能够知道宇宙是什么。海森伯格谦虚得多,他告诉我们,物理学仅限于描述自然在特定环境下的反应。

      为什么爱因斯坦,会在量子力学和天文学中,犯下两项重大错误?

      量子理论表明,我们无法完全理解,但它提供了随机性,这带来了挫折和危险,但也带来了好处。人类只能在短暂时间内逃避这个世界的法则。停顿的瞬间,沉思的瞬间,纯粹的直觉瞬间,…正是这些闪光,他才有能力成为“超人”。爱因斯坦是一位传奇的物理学家,是一个富有想象力的完美例子。因此,他对随机性的拒绝是一个悖论,因为随机性使直觉成为可能,允许在科学和艺术中进行创造性的过程。

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