前言

本书是继《捕捉引力波背后的故事》和《宇宙史话》之后，第三本侧重于现代物理学发展历史之“背后的故事”的书籍。与前两本书一样，这里的故事从爱因斯坦在20世纪初作为专利局小职员独自发现量子世界的奥秘开篇，追溯他这一颠覆性思想之后一个多世纪中在物理学界内外的发展脉络，以及随之而起的量子物理学诞生、发展历程。

作为当代最著名的物理学家，爱因斯坦在引力波和宇宙模型的探讨中曾相继失手，在物理思想和学术态度上一错再错，其失误成为物理学史中令人唏嘘的花絮。那也分别是《捕捉引力波背后的故事》和《宇宙史话》中详尽叙述的故事。

这类“爱因斯坦曾经犯过的错误”在大众科学普及性读物中屡见不鲜。而在这个能够吸引读者兴趣的话题中，最为人津津乐道的还是爱因斯坦在量子力学发展过程中的负面形象。也是在20世纪初期，玻尔带领海森堡等年轻一代物理学家发展出崭新的量子理论，根本性地改变了人类对客观世界的既有看法。在这场物理学革命中，已经功成名就的爱因斯坦却无法理解、接受这些新观念，站在对立面一而再再而三地发出不和谐的质疑与反对的声音，从而悲剧性地成为现代物理学进步的绊脚石，最终被主流物理学界遗弃。

这个历史叙述始于第二次世界大战之后的20世纪50年代。量子力学在战时的原子弹和战后晶体管、超导、激光等民用技术上大显身手，正在展示出如日中天的辉煌。讲述这个奇异新理论历史渊源的作品也应运而生。它们将视线聚焦于爱因斯坦和玻尔两位大师在量子观念上几十年各执一词、针锋相对的戏剧性场景，构造出以玻尔为代表的哥本哈根学派击败爱因斯坦的不可理喻而成功建立量子力学的主旋律。

直到20世纪之末，爱因斯坦对量子力学正统思维的挑战才逐渐被后代物理学家重新发掘、认识。他在质疑过程中所提出的诸如“鬼魅般超距作用”“量子纠缠”等奇葩的假想开始成为实验室中的现实。这一出乎意料的转折大大扩展、丰富了人类对量子世界的认识，也印证出爱因斯坦当年的高瞻远瞩。

这个变故也引起科学历史学界的反思。他们意识到已有的玻尔与爱因斯坦论辩记录基本上只是玻尔本人和他那个阵营成员们的一面之词，未能公正地体现爱因斯坦的真实思路和动机。历史由“胜利者”写就。在哥本哈根学派的杰出成就获得讴歌嘉许的同时，爱因斯坦对量子力学的突出贡献和他曾为之呕心沥血的努力却一直被人忽视、遗忘。

物理学家亚伯拉罕·派斯（Abraham Pais）曾分别与玻尔和爱因斯坦共事多年。他后来专注于物理学历史研究，撰写了两位大师的科学传记。回顾与爱因斯坦的多次交谈，派斯感慨：“他谈相对论时颇为超然，而说起量子就满怀激情。” ^{[1] 9}

1905年，26岁的爱因斯坦作为专利局职员率先提出光的量子性。那是“量子”作为实在的物理概念第一次见诸科学文献。在那之后十余年里，他在不被学界权威认可、理解的处境中坚持不懈，以一己之力丰富、扩展了这个他认为是“比相对论更具革命性”的新观念，揭示光的“波粒二象性”和量子概念在物理世界的普适性。因此，他是当之无愧的“量子之父”。

在光子的存在被实验证实，量子力学有了严格、精确的数学表述之后，爱因斯坦并未因之欢欣鼓舞。他以更为独到的眼光看到这个新理论中暗藏有不合理的逻辑——或曰不可能的实在——并为之忧虑踌躇。直至逝世，量子之谜依然是他悬而未能解的终身遗憾。

正是这些不同寻常的深思熟虑导致爱因斯坦被自玻尔以降几乎所有物理学家误解，以至于长期以来在千姿百态的“量子史话”中以对立面角色出现。

今天，爱因斯坦曾经认定为不可能的现象已经成为物理世界的客观实在，一度被他视为鬼魅般的量子纠缠也正在大踏步走向实用的技术领域。这个激动人心的新局面恰恰源自他当年犀利的洞察、睿智的“错误”，也正是爱因斯坦以批评的态度为量子理论所做出的最后也可能是最有价值的贡献。量子力学的逻辑体系的确主要是玻尔和他麾下的一批青年物理学家群策群力的结晶，但在量子纠缠问题上，爱因斯坦无疑是无可争议的主角。

本书试图还原爱因斯坦在量子力学发展过程中不可或缺的功绩，并展示在他与玻尔的长期思想交锋背后，人类认识量子以及量子纠缠的一个更为丰富多彩、引人入胜的故事。

作者
2023年10月