量子观念[04]世界的本质行为居然是掷骰子的概率行为
爱因斯坦：玻尔，上帝不掷骰子！x0a玻尔：爱因斯坦，别去指挥上帝该怎么做！x0a史蒂芬·霍金：上帝不仅掷骰子，还把骰子掷在了我们看不到的地方。...
玻尔：爱因斯坦，别去指挥上帝该怎么做！
这段有趣的对话来自两位最伟大的科学家，
他们讨论的是微观体系的行为准则。
爱因斯坦认为，
微观体系应该和宏观体系遵从同样的确定性规律，
应该用确定性的语言来描绘，
这就好比现在的导弹拦截系统，
一旦我们探测到有导弹升空，
如果能够实时追踪到导弹的空间位置和速度加速度等信息，
我们就可以根据牛顿运动定律确定导弹之后向什么地方行进，
大约什么时间会出现在什么位置，
进而在有限的时间内对其进行精准拦截，
而拦截的依据便是这些行为遵从确定性规律，
具有完全可预测性。
爱因斯坦认为，
微观体系也应遵从同样的确定性规律，
决定论才是大自然的根本准则。
可是哥本哈根学派的掌门人——尼尔斯·玻尔
却认为微观粒子的行为是一种概率性行为，
就像掷骰子一样，
单个粒子的行为是不可预测的，
非决定论是大自然的基本准则。
为此，他们进行了长达30年的争论。
最后谁胜利了？
很遗憾，
爱因斯坦错了。
曾经独自一人扛起了对抗牛顿体系的大旗，
先后发表了狭义相对论和广义相对论，
改变了我们对时空、物质、能量等基本概念的旧有看法，
“将牛顿一手创立的豪华城堡击了个粉碎”。
可是，就是这位一反常识的叛逆者，
在面临哥本哈根学派提出的量子理论体系时，
却突然觉得“测不准原理”是那么的离经叛道，
以卫道士的角色向哥本哈根学派提出了响亮的质疑，
“上帝是不会掷骰子的！”
可是这次，爱因斯坦错了。
——史蒂芬·霍金《时间简史》
我们怎么知道上帝在掷骰子？
1单个放射性粒子的衰变永远无法预测！
我们知道，很多元素具有半衰期，
半衰期指放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，
例如在实验中，
我们可以探测到锶（Sr）90的半衰期大约是30年，
也就是说经过30年的时间，
1kg锶（Sr）90中就会有一半的原子发生衰变，
可是，到底哪个原子何时发生衰变了呢，
我们永远无从知晓，
也就是说我们永远无法预测单个粒子的行为，
我们只知道发生这件事的概率是多少，
我们知道其统计学规律，
可是具体到某一个原子的时候，
我们不知道它什么时候会衰变，
也许等了一千年它也没有变，
也许下一秒它就蜕变成了其他原子，
这就是微观世界的奇妙之处。
你可以对大量粒子做出准确的统计学预测，
却无法对单个粒子行为进行精准描述。
是大量粒子的概率性行为支撑了我们宏观世界的确定性行进方向！
这就是量子体系想告诉大家的。
2电子的双缝干涉实验
电子的双缝实验表明电子具有波动性，
因为电子通过双缝之后在接收屏上出现了明暗相间的条纹，
这是波才有的特性。
可是这种波是什么波呢，
量子体系告诉我们，
这是一种概率波。
电子双缝干涉图像
就会发现电子在后面接收屏上出现的位置服从概率分布，
某些地方出现的概率大，
某些地方几乎永远不会出现，
时间长了之后，
这些积少成多的小点就会形成明显的干涉条纹。
但是我们只能给出电子在某地方出现的概率，
却永远无法预言其中的某个电子何时会出现在哪个地方，
这就是“掷骰子”的内涵。
你可以对多次掷骰子做出统计学规律阐述，
有多少的概率是1，
有多少的概率是6，
进而对单次投掷做出概率描述，
可是却无法对单次投掷做出唯一预测。
3光的双缝干涉实验
电子的双缝干涉实验告诉我们电子也具有波动性，
而且这种波是一种概率波。
那么对于光这种东西，
是不是和电子的波动性不太一样呢？
答案是否定的。
用极暗的光以分时段摄影方法进行细致观察表明光的干涉条纹是光在屏幕上的各个点上单次撞击形成。5幅照片所用曝光时间分别为0.2秒（大约30次撞击），1秒（150次撞击），5秒（800次撞击），20秒（3000次撞击），2分钟（20000次撞击）。（图片来源于《物理学的概念与文化素养》P303）
然后用分时摄影的方法进行细致的观测，
发现屏幕后面所形成的图像与电子的双缝干涉是类似的，
一开始是一些分散的小点，
似乎没有规律，
但时间长了之后，
这些小点就会连成明显的干涉条纹。
这表明，光也具有粒子性，
光是由一个个光子所构成的，
同时光子的行为也是概率性的，
我们可以给出大量光子的统计分布规律，
但却无法对单个光子的行为做出准确预测，
只能给出去其概率描述，
即它有多少的概率出现在哪个地方，
但具体这次撞击会出现在屏幕的哪儿呢？
我们永远无法知晓！
这意味着构成世界的根本是不确定的啊，
随机性或不可精确预期性是客观物理世界的一个根本方面，
用一个不确定的开端来描绘这个世界的运转，
实在让人难以接受。
可是，
真的很遗憾，
我们的实验结果在指导我们建立理论体系时，
最终发现用概率性的语言来描绘微观粒子的行为是最准确的。
这就是大自然！
我们不知道为什么世界是这个样子，
可是，我们根据科学家建立的量子理论，
确实取得了超越以往任何时代的科技成果。
量子物理学描述实物和辐射的本性和行为，
特别是微观层次上的本性和行为。
它的实际影响延伸到每一种依赖于微观世界细节的东西：
晶体管、硅片、大规模集成电路、智能通讯设备等等。
我们有必要对这种行为做最基本的了解，
因为整个高技术世界的核心是一个
难以捉摸的、高度“非牛顿”式的粒子：
电子！
量子物理学正在缓慢地发展，
而且今天仍在继续发展，
它的影响最终必将远远超过相对论。
尽管量子理论的主要原理在1930年前就已经出现，
尽管这个理论已受过多方面的检验并且应用广泛，
但这个理论的真正含义仍然不清楚。
但由于它对如此之多的现象做出了精确的解释和预言，
量子物理学也许是人类曾发明的最成功的科学理论。
虽然目前来看在上帝掷不掷骰子的论战中，
爱因斯坦败阵而归，
不过追求真理的人总是心心相印的，
爱因斯坦和玻尔始终是一对相互尊敬的好朋友。
玻尔认为他是自己“许多新思想产生的源泉”，
而爱因斯坦则高度称赞玻尔：
“作为一位科学思想家，
玻尔所以有这么惊人的吸引力，
在于他具有大胆和谨慎这两种品质的难得融合；
很少有谁对隐秘的事物具有这一种直觉的理解力，
同时又兼有这样强有力的批判能力。
他不但具有关于细节的全部知识，
而且还始终坚定地注视着基本原理。
他无疑是我们时代科学领域中最伟大的发现者之一。”
在科学的最顶端，
能够遇到这样一位对手，
能够一起探讨这个世界是什么样子，
是多么让人兴奋的一件乐事。
“如果没有你，
我独自站在这里，
又是为了什么？”
科学不分国界与种族，
科学也不分专业与否，
他值得我们每一个人去传承和了解。
我知道你会来，
所以我一直在这里等！
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