爱因斯坦也为量子论困惑？十大重要的科学定律和理论(5)

　　9.永远转变了理解宇宙的方式：广义相对论

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　　标准释义：引力在此被描述为时空的一种几何属性（曲率），而这种时空曲率与处于时空中的物质与辐射的能量，动量张量直接相联系，其联系方式即是爱因斯坦的引力场方程（一个二阶非线性偏微分方程组）。

　　对于任何一个不曾学习或研究它的人来说，广义相对论的标准释义看了和没看一个样。因为它在解释该词条时，至少又用了4组不被人理解的词汇。

　　它的内涵和外延涉及甚广，似乎非论文形式不能描述。在此，我们且看看被称为现代引力理论研究的最高水平的广义相对论在论什么。作为比牛顿万有引力更具有一般性的理论，质量还是一个决定引力的重要属性，但是不再是引力的唯一来源。

　　在爱因斯坦这里，引力已不再是牛顿所描述的一种力，甚至可以说，已没有了原来引力的概念。因为爱因斯坦把它看成物体周围的时空弯曲，以前所说的“物体受引力作用所作的运动”，被归结为物体在一个弯曲时空中，沿短程线的自由运动。

　　如果让“弯曲时空”的概念更明朗化些，可以想象环绕地球飞行的航天飞机里的宇航员，对他们而言，他们是按直线方式在太空中飞行，但实际上航天飞机周围的时空，已经被地球的引力所弯曲，这使航天飞机成为又能向前飞行，又能围绕地球转的物体。

　　按美国相对论研究的首席专家约翰·惠勒解释，这种所谓时空的几何属性可以这样概述：时空告诉物质如何运动，物质告诉时空如何弯曲。因而，其可以展现出宇宙星光受大天体影响的弯曲方式，并且为研究黑洞奠定了理论基础。

　　10.上帝掷骰子吗？：海森堡测不准原理

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　　标准释义：德国物理学家海森堡于1927年提出，表明量子力学中的不确定性，指在一个量子力学系统中，一个粒子的位置和它的动量（粒子的质量乘以速度）不可被同时确定。

　　“测量！在经典理论中，这不是一个被考虑的问题。”《量子物理史话》如是说。

　　那是因为在经典物理学里，你、我，或作为观测者的任何一人，对这个等待被测量的客观物体是没有影响，或影响甚微以致可忽略不计的。那时就算我们弄不懂个中道理，也不妨碍原理待在那，等着我们慢慢参详。

　　但现在就要踏入量子世界的魔潭了，此处我们作为观测者会给实验现象带来一定的扰动，因此如果测一个电子的动量，所得值只是相对你这个观测者而言的。微观世界中，要以“概率”来论，所谓上帝掷骰子。

　　当年的华纳·海森堡就在此中有了突破性的发现，人们无法同时得到粒子的两种变量精确信息，哪怕再精密的仪器都不行。具体讲，你或者可以准确地知道电子的位置，但无法同时知道其动量，或者反之，得此失彼。而类似的不确定性也存在于能量和时间、角动量和角度等许多物理量之间。

　　或许你没明白这件事的诡异性，就像之前提到的，量子世界里的量既然是相对性，那只要它存在，就应该可以被测量出来。既然无论如何不能测量到，那它就不复存在。因此，在你没确定测量这个物理量的手段时，谈论它毫无意义。一个电子的动量，只有当你测量时，也才有意义。

　　这更像是一个哲学话题了。而“海森堡测不准原理”与其说是实验中发现的，倒不如说是海森堡和他老师玻尔等人讨论出来的。到了玻尔发现电子同时具有粒子和波的双重性质（量子物理的柱石，波粒二象性），当我们测量电子的位置时，我们将其当作粒子，波长不定；而当我们要测量动量时，我们将其当作波，知道波长的量值却失去它的位置。

　　即便你现在无比混乱，这依然没什么大不了的。玻尔的名言就是：

　　“如果谁不为量子论而困惑，那他一定没有理解量子论。”

　　类似的话费曼也说过。所以我们没啥好郁闷的，爱因斯坦和我们一个状况。