上個(gè)視頻我們講完了玻爾-索末菲的量化原子模型，按正常的情況，這個(gè)視頻應(yīng)該說德布羅意的物質(zhì)波，不過我突然想起了一位我們很長時(shí)間沒有提到的人，愛因斯坦。

為啥還要再提愛因斯坦？因?yàn)樗麨榱孔诱摰呢暙I(xiàn)絕對不亞于玻爾，有這樣的說法，量子論草創(chuàng)時(shí)期有三大巨頭，分別為普朗克、愛因斯坦、玻爾，這三位并駕齊驅(qū)。

那么這節(jié)視頻的主題是啥？上帝的骰子。愛因斯坦這個(gè)人很有趣，微觀世界統(tǒng)計(jì)解釋的本質(zhì)，其實(shí)是他最早發(fā)現(xiàn)的，但他一輩子都接受不了這個(gè)事實(shí)。

1916年的玻爾，原子模型大獲成功，在哥本哈根終于有了一個(gè)理論物理學(xué)教授的職位，但此時(shí)的愛因斯坦已經(jīng)是名譽(yù)全球的大師級人物，在1913年被普朗克、能斯托邀請到了柏林工作。

雖然愛因斯坦不怎么喜歡德國，但是這兩位前輩開出來的籌碼讓愛因斯坦無法拒絕，只要他去柏林，就可入選普魯士科學(xué)院院士，還可以在科研教授，以及理論物理研究所主任，這兩個(gè)職位中任選一個(gè)。

愛因斯坦確實(shí)心動(dòng)了，但還有一個(gè)讓他無法抗拒的誘惑，他的堂姐艾爾莎也在柏林。身為一個(gè)男人，他肯定會(huì)做出正確的選擇。

1915年，愛因斯坦完成了對牛頓引力方程的改造，使它的數(shù)學(xué)形式滿足洛倫茲變換下不變的性質(zhì)，這一壯舉讓愛因斯坦成為了繼牛頓之后最偉大的科學(xué)家。

這一年美國的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家羅伯特·密里根用了十年的時(shí)間，驗(yàn)證了愛因斯坦的光電效應(yīng)方程，這讓愛因斯坦更加確定了光量子的真實(shí)性。

現(xiàn)在廣義相對論也完成了，1915年11月的時(shí)候，愛因斯坦還把廣義相對論應(yīng)用在了解釋水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)存在誤差的問題，理論預(yù)測結(jié)果和觀察結(jié)果，在允許的誤差范圍內(nèi)。

愛因斯坦覺得自己的理論沒有問題，就等著讓其他人去驗(yàn)證吧，閑下來的愛因斯坦沒事可做，又把注意力轉(zhuǎn)向了量子理論。

1916年的夏天，愛因斯坦通過玻爾的原子模型又一次推導(dǎo)出了普朗克公式，這已經(jīng)是他第二次采用不同的方式推導(dǎo)出這個(gè)公式了，第一次是在研究光電效應(yīng)的時(shí)候，而且他還發(fā)現(xiàn)了電子新的躍遷形式，叫受激發(fā)射。

前面講原子模型的時(shí)候，玻爾提到了兩種躍遷形式，第一種是電子吸收能量躍遷到更高的軌道，第二種是電子從高軌道自發(fā)的躍遷到更底軌道，并釋放相應(yīng)的能量，叫自發(fā)輻射。

愛因斯坦說還有第三種，叫受激發(fā)射，當(dāng)電子已經(jīng)處在激發(fā)態(tài)的時(shí)候，我們再次向電子釋放一個(gè)光量子，這時(shí)的電子并不會(huì)吸收這個(gè)光量子，而是會(huì)受到?jīng)_撞，立刻向更低的能級躍遷，并且電子在躍遷的時(shí)候會(huì)釋放出一個(gè)和沖撞它的光子一摸一樣的光子，什么頻率、偏振完全一樣。

這就是現(xiàn)代激光的理論基礎(chǔ)，先給物質(zhì)中原子施加能量，使它的電子處在激發(fā)態(tài)，然后用一個(gè)光子撞擊物質(zhì)，這個(gè)光子就會(huì)誘發(fā)物質(zhì)中的原子釋放出一摸一樣的光子，大量的原子產(chǎn)生大量的光子，由于光子是玻色子，不符合泡利不相容原理，所以他們可以疊加在一起，此時(shí)大量的光子就像是一個(gè)光子一樣，沿著直線向前飛奔，不會(huì)擴(kuò)散，在一個(gè)點(diǎn)上光強(qiáng)非常高。這就是我們看到的激光，全稱叫“受激輻射式光頻放大器”。

你看，愛因斯坦牛吧，一出手就有新發(fā)現(xiàn)，如果不是把主要的精力放在了相對論上，在量子論中肯定會(huì)做出更大的貢獻(xiàn)。

這還不算啥，接下來的發(fā)現(xiàn)才讓愛因斯坦大吃一驚，他好像隱隱約約看到了上帝，在黑暗的角落里在玩骰子，并向他露出了一絲陰森的鬼笑。

剛才我們說了，電子處在激發(fā)態(tài)的時(shí)候，受到外來光子的沖撞、誘導(dǎo)，他會(huì)立刻向下躍遷，但要是沒有受到外來光子的干擾呢？電子何時(shí)向下躍遷？向哪個(gè)軌道躍遷？

愛因斯坦吃驚地發(fā)現(xiàn)，電子躍遷的時(shí)間是隨機(jī)的，你不能準(zhǔn)確地說出他具體在哪個(gè)時(shí)刻向下躍遷，只能給出一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)上的概率解釋，而且他躍遷的軌道也是隨機(jī)的，你不能準(zhǔn)確的說出他向哪個(gè)軌道躍遷，只能說出電子向這個(gè)軌道躍遷的概率有多大。

而且電子躍遷以后，釋放光子的方向也是隨機(jī)的，你不能準(zhǔn)確地說出他會(huì)朝哪個(gè)方向射出這個(gè)光子，只能給出某個(gè)方向上的概率。

這一下讓愛因斯坦頭皮發(fā)麻，微觀世界的本質(zhì)失去了確定性，而統(tǒng)計(jì)解釋才是它的本質(zhì)。你可能覺得奇怪，不對啊，統(tǒng)計(jì)學(xué)老早就有了，麥克斯韋、玻爾茲曼還用它來解釋了氣體性質(zhì)呢。

你說得沒錯(cuò)，不過我們用統(tǒng)計(jì)學(xué)，只是因?yàn)闅怏w中的分子原子太多了，我們無法一個(gè)一個(gè)去計(jì)算，所以在統(tǒng)計(jì)學(xué)上給出一個(gè)平均值就可以了，但我們依然堅(jiān)信每一個(gè)原子、分子都符合牛頓力學(xué)的確定性；等有一天我們的計(jì)算能力足夠強(qiáng)大了，我們完全可以一個(gè)原子一個(gè)原子的去算，沒有問題。世界的本質(zhì)是確定性的。

但現(xiàn)在的問題是，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，世界的本質(zhì)，它就是概率性的，所以才感到不可思議。

如果你覺得確定性沒有了，并不是啥大事，那么接下來愛因斯坦的發(fā)現(xiàn)，絕對也會(huì)讓你無法接受。

他發(fā)現(xiàn)世界的本質(zhì)不僅沒有了確定性，就連因果性都要被拋棄。原因和結(jié)果這兩個(gè)字，在我們?nèi)粘Ｉ钪袝?huì)經(jīng)常性地提到，你在描述一件事的時(shí)候，總會(huì)說因?yàn)槭裁?，所以怎樣、怎樣?

比方說，因?yàn)槲茵I了，所以我吃飯，很符合邏輯，這就是現(xiàn)實(shí)世界的因果性。你不能說，我在吃飯，沒有任何原因；或者因?yàn)槲依哿?，所以要吃飯，更不能說，因?yàn)槲页燥?，所以我餓了。這些都違反了因果律。

不過電子的表現(xiàn)并不滿足因果律，電子向下躍遷的時(shí)間，躍遷的軌道，都沒有任何原因，完全就是靠偶然。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，電子好像有它自己的自由意志一樣，它不僅可以自己選擇躍遷的時(shí)間，還能自己選擇躍遷的軌道。

盧瑟福在1913年看了玻爾的文章以后，也產(chǎn)生了同樣的困擾，現(xiàn)在愛因斯坦也一樣，在他給波恩的信中說，如果這是真的，他就去賭場上班，不做物理學(xué)家了。

如果你還是覺得這件事不奇怪，那我舉個(gè)簡單的例子，把電子的行為引入宏觀世界，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)現(xiàn)象多么的違反直覺。

比如一個(gè)蘋果，當(dāng)你把它拿起來的時(shí)候，你一松手，蘋果就會(huì)立刻處在不穩(wěn)定的狀態(tài)，這對應(yīng)于電子的激發(fā)態(tài)，這時(shí)蘋果會(huì)立即向地面落去，回到穩(wěn)定的基態(tài)。原因是因?yàn)橐Φ淖饔谩?

如果蘋果像電子的行為一樣的話，你一松手，蘋果就會(huì)懸停在空中，然后在一個(gè)不可預(yù)測的時(shí)間內(nèi)，突然掉入到地面。

蘋果可能懸停一分鐘，可能懸停一小時(shí)，也可能你一松手就掉了下去，但是蘋果掉下去這個(gè)結(jié)果，跟任何事件都沒有因果關(guān)系，而蘋果掉與不掉，何時(shí)掉，好像是蘋果自己說了算。這就是電子的詭異之處。

這可是愛因斯坦在1916年發(fā)現(xiàn)了，這時(shí)的泡利也才16歲，海森堡也才15歲，愛因斯坦的物理直覺簡直太牛了。

不過愛因斯坦并不會(huì)放棄決定性和因果性，他當(dāng)時(shí)就覺得，現(xiàn)在的量子論才剛剛起步，理論還不完善，所以暫時(shí)只能對電子的行為做出概率預(yù)測，以后理論發(fā)展成熟了，肯定能對電子的行為做出確定性的描述，也會(huì)把因果律恢復(fù)起來的。

盧瑟福當(dāng)年也是這么想的，1901年的時(shí)候，盧瑟福發(fā)現(xiàn)了放射性元素的半衰期，說的是放射性元素的放射性衰減一半所需要的時(shí)間，也是原子衰變一半所需要的時(shí)間，當(dāng)時(shí)盧瑟福就覺得奇怪，他也不能確定一個(gè)原子衰變的準(zhǔn)確時(shí)間，也不能解釋為什么這個(gè)原子衰變了，他旁邊的那個(gè)原子卻沒有衰變。

他只能對放射性做出統(tǒng)計(jì)解釋，確定一堆原子，衰變一半的時(shí)間，盧瑟福跟愛因斯坦一樣，認(rèn)為，現(xiàn)在算不出來，是理論不完善，以后肯定能算出來。

很明顯，他們兩的愿望都沒有實(shí)現(xiàn)，理論越發(fā)展，越清楚地表明世界的隨機(jī)性。

1920年的4月，應(yīng)普朗克的邀請，玻爾到柏林大學(xué)講他的原子模型，這是玻爾和愛因斯坦兩個(gè)人第一次見面，很顯然玻爾更加激動(dòng)，因?yàn)檫@時(shí)愛因斯坦的名字已經(jīng)是如雷貫耳。

兩個(gè)人還討論了上面的問題，但沒有結(jié)果，玻爾更加偏向隨機(jī)性，愛因斯坦沒有說服玻爾，玻爾也沒有說服愛因斯坦，由于兩個(gè)人是第一次見面，所以更多的是互相的吹捧。

愛因斯坦說玻爾的原子模型簡直像個(gè)奇跡，解釋原子光子光譜的奧秘；玻爾給愛因斯坦說，我仰慕您已久，您的相對論給人類照亮了前進(jìn)的道路。

在接下來的幾年中，兩人都在比較無聊，干得最多的事就是到處被邀請去演講，一個(gè)講他的原子模型，講他的模型如何解決元素化學(xué)性質(zhì)的問題，收獲了很多小迷弟，泡利和海森堡就在其中。

一個(gè)是全世界旅行講他的相對論，收獲了全球的粉絲。1922年兩人都獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，愛因斯坦是1921年的諾獎(jiǎng)，推遲了一年頒發(fā)。

在給愛因斯坦頒發(fā)諾獎(jiǎng)的時(shí)候，諾獎(jiǎng)委員會(huì)還專門避開了他的光量子，不過很快，就證明這是多此一舉。

1923年，美國實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家康普頓，做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，堪稱“20世紀(jì)物理學(xué)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)”。由于時(shí)間的關(guān)系，我們下個(gè)視頻再說。

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