爱因斯坦大揭秘：爱因斯坦单挑不确定性原理

本文向各位小伙伴介绍爱因斯坦著名的思想实验：光子箱实验。实验内容如下：在一具有理想反射壁的小匣子——光子箱中装有一定数量的放射性物质，匣子通过弹簧挂在秤上，匣子里面有一个类似于相机快门的东西，下面放一只钟作为计时控制器，它能在某一时刻将盒子右上方的小洞打开，放出一个光子，这样光子跑出来的时间就能从计时钟上准确获知。少了一个粒子，小盒的重量差则可由小盒左方的计量尺和下面的砝码准确地反映出来，根据爱因斯坦质能公式E＝mc2，质量的减少可以折合成能量的减少。因此，放出一个粒子准确的时间和能量都能准确测得。

爱因斯坦利用这个实验室向量子力学不确定性原理发起的冲锋。这个匣子一出，玻尔当场蒙圈，面色苍白、大口吐血，他已经意识到，自己的哥本哈根解释遇到了******烦。就这样，爱因斯坦在第六次索尔维会议上的大戏拉开了单挑量子力学哥本哈根学派的帷幕。第二天上午，会议继续进行，已经吞服了大量云南白药的玻尔治疗好了内伤，喜气洋洋地走向黑板，也画了一幅“光子箱”思想实验的草图。玻尔修改了一下实验，让测量更简单，能直接读数。

光子箱实验原理图

然后，玻尔请大家回忆爱因斯坦创立的广义相对论。从广义相对论的等效原理可以推出，时钟在引力场中发生位移时，它的快慢要发生变化。因此，当粒子跑出盒子而导致盒子重量发生变化时，盒子将在重力场中移动一段距离，这样所读出的时间也会有所改变。这种时间的改变，又会导出测不准关系。可见，如果用这套装置来精确测定粒子的能量，就不能准确控制粒子跑出的时间。玻尔随之给出了运用广义相对论原理的数学证明。

这下，轮到爱因斯坦吐血了，玻尔毫无悬念的再次取得了胜利，证明了不确定性原理依旧成立。爱因斯坦居然在设计这个理想实验时，只考虑了狭义相对论而没有考虑广义相对论，搞出了一个大纰漏。玻尔以其人之道反治其人之身，巧妙地利用爱因斯坦设计的思想实验和他创立的相对论，驳倒了爱因斯坦本人，取得了论战的胜利。故事的高潮在于，这个实验还被玻尔等人堂而皇之的载入他们的论文之中，成为不确定原理的一个巧妙证明。

玻尔、爱因斯坦合影

虽然这次爱因斯坦对量子力学发起的质疑失败了，但其实留给量子力学的思考是很多的。在爱因斯坦虽然在晚年一直站在量子力学的对立面，但是他内心里对于自己的信仰坚定不移。对于这个曾经为量子力学做出巨大贡献的人来说，其实是知道量子力学是一个较为正确和完备的体系，但是他因为坚信逻辑，认为世界是确定的，不肯同意量子力学，导致后期逐步落后于时代，这是让人十分惋惜的。所以不论是什么时候，不论是什么人都应该与时俱进啊。

爱因斯坦与玻尔的论战可以说是跌宕起伏、一波三折，让我们发现，其实科学也是可以以有趣的形式呈现给世人的。虽然爱因斯坦终身反对量子力学，最后一直到生命的最后一刻都没能驳倒它，但是我们必须看到，哥本哈根学派的学者在爱因斯坦提出的质疑下举步维艰，被逼着促进了量子力学的发展。

薛定谔

参加了类似论战的还有薛定谔这样的大佬，通过这种类似于辩论的论战，科学可以得到相当程度的促进。当时的确存在着一种情况，就是波尔等人忽视现实的情况，只注重公式的推算。其实这种情况在今天仍然有类似的情况在继续，有很多学者仍然对量子力学不断发起挑战。但是当年爱因斯坦对现象的种种举例，让玻尔等人不得不直面冷酷的现实，推动量子力学才能发展为一个完备的体系。

由此看来，科学的发展就是一个大胆假设、小心求证的过程，通过科学家相互间的质疑与竞争，从而推动理论的快速发展。