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第7部分（第3页）

量子力学看来是这个必须附加的要素。

1905年，也正是爱因斯坦撰写他有关狭义相对论论文的同一年，他还写了一篇有关被称为光电效应现象的论文。

人们观测到当光射到某些金属上时会释放出带电粒子。

使人迷惑的是，如果减小光的强度，发射出的粒子数随之减少，但是每个发射出的粒子的速度保持不变。

爱因斯坦指出，如果光不像大家所假想的那样以连续变化的量，而是以具有确定大小的波包入射，则可以解释这种现象。

光只能采取称为量子的波包形式的思想是由德国物理学家马克斯·普郎克引进的。

它有点像人们不能在超级市场买到散装糖，只能买到一公斤装的糖似的。

普郎克使用量子的观念解释红热的金属块为什么不发出无限的热量。

但是，他把量子简单地考虑成一种理论技巧，它不对应于物理实在中的任何东西。

爱因斯坦的论文指出，你可以观察到单独的量子。

每一颗发射出的粒子都对应于一颗打到金属上的光量子。

这被广泛地承认为是对量子理论的一个重要贡献，他因此而获得1922年的诺贝尔奖。

（他应该因广义相对论而得奖，可惜空间和时间是弯曲的思想仍然被认为过于猜测性和争议性，所以他们用光电效应替代而颁奖给他，这不是说，它本身不值得这个奖。

）

直到1925年，在威纳·海森堡指出光电效应使得精确测量一颗粒子的位置成为不可能后，它的含义才被充分意识到。

为了看粒子的位置，你必须把光投射到上面。

但是爱因斯坦指出，你不能使用非常少量的光，你至少要使用一个波包或量子。

这个光的波包会扰动粒子并使它在某一方向以某一速度运动。

你想把粒子的位置测量得越精确，你就要用越大能量的波包并且因此更厉害地扰动该粒子。

不管你怎么测量粒子，其位置上的不确定性乘上其速度上的不确定性总是大于某个最小量。

这个海森堡的不确定性原理显示，人们不能精确地测量系统的态，所以就不能精确预言它将来的行为。

人们所能做的一切是预言不同结果的概率。

正是这种几率或随机因素使爱因斯坦大为困扰。

他拒绝相信物理定律不应该对将来要发生的作出确定的、毫不含糊的预言。

但是不管人们是否喜欢，所有证据表明，量子现象和不确定性原理是不可避免的，而且发生于物理学的所有分支之中。

爱因斯坦的广义相对论是所谓的经典理论，也就是说，它不和不确定性原理相结合。

所以人们必须寻求一种把广义相对论和不确定性原理合并在一起的新理论。

这种新理论和经典广义相对论的差异在大多数情形下是非常微小的。

正如早先提到的，这是因为量子效应预言的不确定性只是在非常小的尺度下，而广义相对论处理时空的大尺度结构。

然而，罗杰·彭罗斯和我证明的奇性定理显示，时空在非常小的尺度下会变成高度弯曲的。

不确定性原理的效应那时就会变得非常重要，而且似乎导致某些令人注目的结果。

爱因斯坦的关于量子力学和不确定性原理问题的一部分是由下面的事实引起的，他习惯于系统具有确定历史的通常概念。

一颗粒子不是处于此处便是处于他处。

它不可能一半处于此处另一半处于他处。