主题：【原创翻译】《量子》----第一部·量子 -- 奔波儿

由于民族和语言因素

虽然爱因斯坦发现几率和概率在量子原子的理论体系中居于核心地位，但对此他显然觉得有些如芒在背。尽管他并不怀疑量子的真实存在，但其理论中的因果关系看上去却处于危机四伏之中。“为了处理好这个因果关系，我也费了很多精力”，三年后的1920年1月，爱因斯坦在写给马克斯·伯恩的信中说“能够完全按照因果关系来理解光量子的吸收和释放吗？或者说，是否一定得用到统计理论？我不得不承认我对自己的判断缺乏勇气。但是如果要完全抛弃因果关系，我会非常难受的。”

这个让爱因斯坦如此煎熬的情形有点像一个被临空举着的苹果，手松开了，但苹果却没有落下来。当苹果可以下坠的时候，相对于它落在地上的稳定状态而言，它处于不稳定状态，因为重力这时候作用在苹果身上，把它正往下拽。如果苹果这时像一个处于激发态的电子一样，那么它并不会在松手的那一刻就立即下坠，而是悬浮在空中，并在某个无人能够预测的时间内掉下去，而这个时间只能靠用概率论进行估计。最大的可能性是苹果在非常短的时间内就下坠了，但也存在一个很小的概率，即苹果悬浮在空中好几个小时。一个处于激发态的原子内部的电子会坠入到较低的能级，从而处于较稳定的基态，但是跃迁发生的时刻则是个概率问题。1924年，爱因斯坦已然不太情愿接受他自己所发现的事实，他说：“当我发现辐射轰击下的电子可以按照自己的意愿决定其跃迁的时刻和方向时，我觉得这个理论实在是有些让人难以接受。在这一刻，我宁愿做一个鞋匠，哪怕是做一个赌场的小工，也不愿意当什么物理学家。”

艰辛的脑力劳动加上单身汉的不规律生活，这种组合是不会有啥好结果的。1917年2月，38岁的爱因斯坦因为严重的胃部疼痛病倒了，经诊断是因为肝出了问题。他的健康状态不断恶化，在两个月内，他的体重掉了整整58磅。这只是一系列疾病的开始，他还患上了胆结石、十二指肠溃疡，以及黄疸，这些病症在随后几年中将一直折磨着他。医生建议他只要充分休息，并保证严格的膳食，就能痊愈。但是，说起来容易，做起来难，因为生活早已被战争戕害地一塌糊涂。在当时的柏林，连土豆都成了稀罕物，大部分德国人都在挨饿。虽然真正饿死的人只占少数，但很多人死于营养不良----1915年所统计的相关死亡数字是8万8千人。第二年，这个数字上升到12万人，而饥荒已经在超过30个德国城市爆发了。没有人会对此表示震惊，因为人们已经在被迫食用麦秆而不是小麦制成的面包。

这种所谓的“代用（ersatz）”食品名单越来越长。植物的皮掺和着动物皮毛被用来替代肉，而烘干的大头菜被用来制造所谓的“咖啡”。也不知是什么东西烧成的灰成了胡椒粉，而人们把苏打和淀粉的混合物抹在面包上冒充这是黄油。持续的饥荒让猫、老鼠以及马都成为柏林人腹中的美味。如果一匹马在大街上倒毙，转瞬间它就会被屠宰掉。一位目睹了这类事件的旁观者说：“人们为了抢夺最好的部分打成一团，脸上、衣服上都是血”。

真正的食物少得可怜，但只要有钱还是能够买到。爱因斯坦比绝大多数人都要幸运，因为他能够从德国南部的亲戚和瑞士的朋友那儿收到塞满食物的包裹。与受苦受难的大众相比，爱因斯坦觉得自己“就像是一滴坠入水中的油，被自己对待人生的心智和观念与世隔绝”。然而，他不会照顾自己，因此有些勉强地将家搬到艾尔莎家附近一座空出来的公寓。尽管米列娃死活不愿意离婚，艾尔莎还是最终俘获了爱因斯坦，只是他们之间依旧保持着一段世俗所能认同的距离而已。在艾尔莎的细心照料下，爱因斯坦的健康慢慢恢复，这给了艾尔莎一个极好的机会逼迫着爱因斯坦不择手段去实现离婚这一目标。爱因斯坦起初不愿意这么快就投入到第二段婚姻当中，因为这第一段婚姻让他感觉像是“蹲了十年大狱”，但是最后他还是妥协了。爱因斯坦答应提高他每月付给妻儿的钱，让她成为自己身后养老金的受益人，并答应如果自己获得诺贝尔奖的话所有的奖金将归米列娃，终于，米列娃同意离婚。1918年，在这之前的8年中，爱因斯坦有六次被提名为诺贝尔奖候选人，但这一次，他确定一定以及肯定马上就要被授予这项荣誉了。

1919年6月，爱因斯坦和艾尔莎结婚了。这一年，他40岁，而艾尔莎比他大三岁。接下来发生的事情让艾尔莎有些大跌眼镜。在这一年的年底，爱因斯坦的大名传遍了全球，而这对新婚夫妇的生活也因此彻底改观。他被人称作是“新的哥白尼（New Copernicus）”，如此称呼他的人中一些是真心向他表示赞佩，而另一些则是抱着嘲讽的口吻。

1919年2月，爱因斯坦和米列娃离婚，此时，两支考察队从英国启程。一支前往西非海岸以西的普林西比岛（Principe），另一支的目的地则是巴西西北部的索布拉尔（Sobral）。这两个地点都是被天文学家精心挑选出来的，作为即将在5月29日发生的日食的最佳观测点。天文学家的目的是检验一下根据爱因斯坦的广义相对论理论所做的一个重要预测，即光线在引力作用下会发生弯曲。按照计划，在日食发生时，有那么短短的几分钟的暂时黑暗期，靠近太阳的星星将可以被观测到，科学家们将会在此时拍下它们的照片。当然，实际上，这些星星并不处在靠近太阳的位置，但它们的光线在抵达地球之前会在离太阳很近的地方通过。

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第五章·当爱因斯坦遇见了玻尔（5）

• 【原创】《量子》---第五章·当爱因斯坦遇见了玻尔（3）
• 第一部目录（再续）

早在牛顿之前，人们就认为时间和空间是固定的，且相互独立的，它们是宇宙洪荒这幕无始无终的大戏上演的舞台，是绝对的永恒的质量、长度和时间的竞技场，是相互间存在空间距离和时间间隔的各种事件演出的剧场。但是，爱因斯坦却发现质量、长度和时间并非是绝对和恒定不变的，空间距离和时间间隔与观测者所处的相对运动状态有关。例如，如果有一对双胞胎兄弟，其中一位留在地球上，而另一位则是宇航员，以接近光的速度在太空旅行，相对于他那位地球兄弟而言，宇航员这儿时间减缓，空间收缩，任何运动的物体都会获得质量。这就是“狭义（Special）”相对论所预言的结果，而这些论断在20世纪都将先后得到证实；但是，该理论并没有考虑到加速度的影响。“广义（General）”相对论则考虑了这个因素。在爱因斯坦构建这一理论的过程中，他认为该理论让狭义相对论看上去就像是“小孩子的游戏”。当量子理论不断挑战原子领域那些约定俗成的观点之时，爱因斯坦正帮助人类一步步接近空间和时间的真实面目。广义相对论是爱因斯坦所创造的引力理论，该理论将最终导致人们发现与宇宙起源相关的大爆炸（Big Bang）理论。

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根据牛顿的引力理论，任意两个物体之间，例如太阳和地球间，是存在吸引力的，该引力与它们各自的质量呈正比，且与其质心间的距离的平方呈反比。这两个物体并没有相互接触，牛顿的经典物理学体系所描绘的引力是一种神秘的“超距（action-at-a-distance）”作用力。但是，在广义相对论中，一个拥有巨大质量的物体会引起了空间的扭曲，并因此导致了引力。地球围绕太阳运动，并不是因为有某种神秘的不可见的作用力拽着它，而是由于拥有巨大质量的太阳引发了空间的扭曲。简而言之，物质引发空间的扭曲，而扭曲的空间决定了物质该如何运动。

1915年11月，由于当时人们无法用牛顿的引力理论解释水星的轨道，爱因斯坦决定拿这一现象作为广义相对论的试金石。在水星围绕太阳运动的过程中，水星的轨道并不是固定不变的。天文学家对此做了精确的测量，发现其轨道发生了微小的旋转，爱因斯坦利用广义相对论对轨道的偏移进行计算。当他发现计算结果与实测数据吻合很好且误差极小，他激动得心跳加速，并预感到发生了些什么事情，他写道“通过比较理论和观测值可以看出，这一理论完美至极”。爱因斯坦最大胆的梦想终于变成了现实，这让他志得意满，但为此所付出的艰巨努力也让他精疲力尽。在他恢复元气以后，他又回到了量子领域。

其实当爱因斯坦还在琢磨广义相对论之时，在1914年五月，他是第一批认识到弗兰克---赫兹实验反映了原子中能级的存在并因此“决定性地验证了量子假说”的数人之一。在1916年的夏天，爱因斯坦有了一个“出色的主意”，他对原子是如何释放和吸收光有了自己的理论。在这一理论中，他用了一个“非常简单的推导，我说，其实就是推导了一下普朗克的公式”。不久，爱因斯坦心满意足地看到自己的“光量子理论已然定鼎”。但是，他也付出了代价，那就是他不得不抛弃经典物理学中那些严格的因果关系，而将概率论引入到原子领域。

以前，爱因斯坦也曾用过其它替代方法，但这一次他却是从玻尔的量子原子模型推导出普朗克的公式。他首先是从一个简化的仅仅拥有两个能级的原子模型开始的，然后确定了电子从一个能级跃迁到另一个能级的三种方式。当电子从一个较高的能级跃迁到一个较低的能级时，它会释放出一份光量子，爱因斯坦称之为“自发辐射（Spontaneous Emission）”。只有在电子处于激发态时，才会出现这种现象。当电子吸收了一份光量子，从一个低能级跃迁到高能级后，其将处于激发状态，这也是电子跃迁的第二种方式。玻尔曾经提出过这两种量子跃迁方式，以此来解释原子的吸收和释放光谱，但是爱因斯坦却揭示了第三种方式----“受激辐射（Stimulated Emission）”。如果原子已经处于激发态时，当光量子击中其内部的电子时，这种跃迁就会出现。这时，电子并没有吸收自投罗网的光量子，而是“受到激发”，被碰飞到低能级，同时释放出一份光量子。四十余年后，受激辐射成为激光的理论基础，所谓激光，就是“通过受激辐射增强后的光”。

爱因斯坦还发现光量子具有动量；但和能量不同，动量是一个矢量，既有方向，又有大小。然而，他的公式清晰地显示出电子从一个能级自然跃迁到另一个能级的发生时刻，以及这一过程中光量子释放的方向是随机的。自发辐射和放射性标本的半衰期类似。在一定的时间，即半衰期内，一半的原子会发生衰变，但是人们并不清楚原子衰变发生的确切时刻。与此类似，尽管自然跃迁发生的概率是可以计算出来的，但要了解具体的细节却只有靠运气了，也就是说此时没有直接的因果关系存在。这一“跃迁概率（transition probability）”的概念使光量子释放的时刻和方向成为一种纯粹的“几率事件（chance）”，但也正是爱因斯坦理论的一个弱点。但当时，他却坦然接受这种问题的存在，并希望随着量子物理的发展，这一问题会得到顺利解决。

第五章·当爱因斯坦遇见了玻尔（4）

• 【原创】《量子》---第五章·当爱因斯坦遇见了玻尔（2）
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