在将一枚硬币抛向空中时,在其落地之前,无论是正面还是反面,理论上都是一半的几率。然而,其中有一个鲜有人深究的问题:这枚硬币的结果是尚未确定,还是说结果早已由其离手时的速度、角度、气流及桌面弹性所决定,只是我们无法计算得出?这个表面简单的问题曾让爱因斯坦与量子力学的诸多争端持续了数十年。现今,我们习惯于将概率视为世界的基本特征:气象预报所称的60%降雨概率,医生所讨论的风险,投资者所关注的利润率,甚至手机中的算法也在预测我们下一刻的选择。然而,对爱因斯坦而言,概率可能不过是无知的代名词。他著名的一句话“上帝不会掷骰子”,不是出于宗教信仰,而是一种顽固的物理直觉:宇宙不应靠偶然性运作。
以掷硬币为例,只要我们掌握了它离手时的所有参数,理论上通过经典物理可以精确预测结果。概率为二分之一,不过源于我们无法对数据进行全面测量和计算。掷骰子、老虎机和彩票也呈现着同样的现象,它们的随机性多是由于信息的缺失,而非自然在最后一刻才做出随机决定。19世纪末时,许多物理学家视宇宙为一台巨大的闹钟,若能掌握某一时刻所有粒子的位置和动量,那么就能推导出过去和未来。法国数学家拉普拉斯曾设想过一种全知的存在,若它了解所有的力量和位置,未来将如同过去般展现在它面前。
然而,困扰着这一观点的是微观世界的怪异现象。电子并不总是安分地处于某一具体位置,光在某些情况下表现为波动,某些情况下又像粒子。量子力学所揭示的不是“电子下一秒确切的位置”,而是一个概率分布图:它有可能在任何一个指定的位置,而实验之前我们只能计算出这些结果出现的概率。而更惊人的是,这种现象并非只是由于测量设备的不准确。根据量子力学的标准解释,在进行测量之前,某些粒子的特性甚至没有一个明确的、等待被揭示的确定值。测量的过程并非如同揭开谜底,而是参与了答案的生成。从根本上来说,世界的底层似乎真的在掷骰子。
爱因斯坦并没有否定量子力学的精准性,相反,他是量子理论的奠基人之一,并因对光电效应的解释而获得诺贝尔奖。他所反对的,是将概率视为最终结果。尽管他认为量子理论在许多方面非常成功,但他仍觉得这理论不够完整,就像只看到了海面上的波涛,却未能识别水下推动一切的真正机制。在1927年的索尔维会议上,爱因斯坦反复提出思想实验以期发现量子理论的漏洞,而玻尔则常常熬夜进行回应。这场争论涉及的不是单一的公式,而是“K月亮在没有观察时是否依然存在”这一哲学问题。粒子的特性是固有存在,还是只有在被观察的时候才展现出来?
在1935年,爱因斯坦与波多尔斯基和罗森提出了著名的EPR佯谬,假想两个曾相互作用的粒子飞往遥远的彼端。对其中一个粒子进行测量,便能够立即推断出另一个粒子的状态。爱因斯坦将这种关联称作“幽灵般的超距作用”,认为应该存在一些尚未被发现的隐藏变量。如果隐藏变量确实存在,量子概率便可以被视作与硬币的概率类似:答案早就存在,只是我们未能识别。不过,1964年,物理学家约翰·贝尔提出了检验的方法,他制定了一个不等式,揭示满足“局域隐藏变量”的理论无法超越某个统计限度,而量子力学则预言可以突破。
随后,历代实验将纠缠粒子送往不同方向,排除越来越多的实验漏洞。实验结果一再支持量子力学,而2022年的诺贝尔物理学奖则表彰了相关实验,这标志着那种“每个粒子早已带着本地答案,而彼此又不可能超距关联”的简单安排几乎不再成立。然而,这并不意味着科学已证明“世界绝对没有安排”。贝尔的实验排除的是一类局域隐藏变量理论,而不是所有决定论的可能。例如,玻姆理论依旧是决定论的,但也必须承认非局域性;还有多元宇宙的解释,让所有可能的结果在不同的分支中同时发生,从而将概率转变为观察者可能落在哪个分支的问题。
量子理论最令人不安的地方在于,不同的解释往往给出相同的实验结果。哥本哈根解释认为测量过程产生了确定结果;而多世界理论认为波函数根本不崩溃;玻姆理论则主张粒子是有确定轨迹的,但又受到非局域“导引波”的控制。它们讲述着彼此不同的宇宙故事,目前还很难通过实验彻底划分优劣。那么,究竟概率是确实存在,还是仅仅人类的无知?在宏观世界里,确实许多概率源于复杂性和信息匮乏。预测明天是否会下雨、硬币会落在哪面、某支球队能否获胜,只要获取更多数据,预测可以变得愈加精准。但在量子测量的背景下,现有最成功的理论仅仅提供了概率,而实验至今依然没有找到更深层次的本地答案。
另一个常见的误解则是:随机不等于“什么都可以发生”。量子概率受到严格的数学规则约束。某个单一放射性原子何时衰变无法尘封,但大量原子的衰变曲线却展现出高度的稳定性。每一个事件虽然难以预测,而整体的统计却如同刻度尺一样可靠,原子钟、芯片和激光等技术皆建立在这一可靠性之上。至于爱因斯坦晚年所说的“万事皆有安排”,并非他真正的立场。他坚持主张的是:物理现实应当有一个超越观察者的客观描述,而量子理论中的概率则可能反映了理论尚不完备这一事实。他的名言往往被解读为宿命论,仿佛连你今天喝哪杯咖啡都是注定的,这完全超出了他的科学观点。即便微观规律是决定论,未来人类也未必能够全然预见。混沌系统会迅速放大微小的误差,蝴蝶翅膀的轻微变化在经过漫长的演化后可能会导致截然不同的天气。因此,“决定”并不代表能够预测;“有因”也不意味着任何人能够提前知晓。反之,即便量子事件确实存在随机性,也并不自动赋予人类“自由意志”。