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第二十章 量子纠缠，
1935
1935
“幽灵般的超距作用”
虽然爱因斯坦借助思想实验向量子力学发起了攻击，但收效甚微。事实上，这甚至还有助于对量子力学做出检验，使我们更好地理解它的含义。不过，爱因斯坦并未善罢甘休，他仍然试图用新的办法来表明，玻尔、海森伯、玻恩等人对量子力学的解释中所固有的不确定性意味着，他们对“实在”的解释中缺少了某种东西。
就在1933年离开欧洲之前不久，爱因斯坦出席了一场讲演，演讲者是带有哲学倾向的比利时物理学家莱昂·罗森菲尔德。讲演结束后，爱因斯坦起身问了一个问题。“假定两个粒子以大小相等、方向相反的很大的动量朝对方运动，当它们在给定位置相遇时发生短暂的相互作用。”当粒子相互远离时，一位观察者测量了其中一个粒子的动量，“那么根据实验条件，他显然能够推断出另一个粒子的动量，”爱因斯坦说，“如果他选择测量其中一个粒子的位置，他将能够说出另一个粒子的位置。”
由于两个粒子相距很远，爱因斯坦可以断言，或至少是能够假定，“它们之间不再发生任何物理相互作用”。于是，他向罗森菲尔德提出了这样一个问题，以挑战量子力学的哥本哈根解释：“第二个粒子的最终状态如何可能因为对第一个粒子的测量而受到影响呢？[1234]
多年来，爱因斯坦的实在论信念与日俱增，按照他的说法，这一信念是说，“实际的实在状况”“独立于我们的观察”而存在。[1235]这反映了他对海森伯的不确定性原理等主张观察决定实在的量子力学原理的不满。在向罗森菲尔德提出的问题中，爱因斯坦用了一个与此相关的概念——定域性（locality）[1236]，也就是说，如果两个粒子在空间中彼此分离，那么其中一个粒子发生的事情与另一个粒子发生的事情无关，它们之间无论传递什么信号、力或影响，都不能超过光速。
爱因斯坦假定，对一个粒子进行观察或作用，不能对远处的另一个粒子瞬时产生作用。要想让对一个系统的作用能够影响远处的另一个系统，唯一的途径就是在它们之间传递某种波、信号或信息，而且这一过程必须遵守光速限制，甚至引力也是如此。如果太阳此时突然消失，那么在引力场变化以光速传到地球所需的八分钟内，地球轨道将不会受到影响。
正如爱因斯坦所说：“在我看来，我们应当对这样一个假设坚信不疑：系统S2实际的实在状况不依赖于我们对那个在空间上与之相分离的系统S1所采取的措施。”[1237]这一结论非常直观，似乎显而易见。但正如爱因斯坦所指出的，这是一个从未得到证明的“假设”。
在爱因斯坦看来，实在论与定域性均为物理学的支柱，且相互有关联。他对朋友玻恩说：“物理学应当阐明时间和空间中的实在，而用不着幽灵般的超距作用。”[1238]
在普林斯顿定居之后，爱因斯坦开始改进这一思想实验。他的同伴沃尔特·迈尔似乎有欠忠诚，已经从与量子力学战斗的前线退却了。这时，内森·罗森和鲍里斯·波多尔斯基前来助阵，罗森是研究院的一位26岁的新人，波多尔斯基则是一位49岁的物理学家，爱因斯坦曾在加州理工学院见过他，后来他来到了研究；
他们的合作成果是一篇四页的短文，发表于1935年5月，根据作者名字的首字母而被称为EPR论文，这是爱因斯坦移居美国之后写的最重要的论文。“能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗？”他们在标题中提出了这样一个问题。
罗森做了大量数学演算，波多尔斯基撰写了发表的英文版。虽然他们详细讨论过论文内容，但爱因斯坦对波多尔斯基将清晰的思想掩藏在大量数学形式描述之下很不满意。“结果没有我当初预想的好，”文章刚一发表，爱因斯坦就向薛定谔抱怨，“恕我直言，关键的东西被形式描述掩藏起来了。”[1239]
令爱因斯坦感到恼火的另一件事情是，波多尔斯基在文章发表之前就向《纽约时报》透露了其中的内容。报道的大标题称：“爱因斯坦对量子理论发起攻击/科学家及两位同事认为它即使‘正确’也不‘完备’。”当然，爱因斯坦偶尔也会就即将出炉的论文接受采访，但这一次，他说这种做法让他很不安。“我一向只在适当的场合才讨论科学问题，”他在给《泰晤士报》的声明中写道，“我反对就这种事情预先在通俗报刊上发表任何消息”[1240]
爱因斯坦和两位合作者先是定义了他们的实在论前提：“假如对一个系统没有任何干扰，我们就能够确定地预测一个物理量的值，那么对应于这一物理量，必定存在着一种物理实在的元素。”[1241]换句话说，如果通过某种非定域过程，我们能够绝对确定地知晓粒子的位置，而且我们并没有通过观察而干扰粒子，那么我们就可以说粒子的位置是实在的，它完全独立于我们的观察而实际存在着。
接着，这篇论文又对爱因斯坦关于两个粒子因碰撞（或由原子衰变引起的反向飞离）而拥有相关属性的思想实验进行了拓展。文章称，我们可以对第一个粒子做出测量，由此得知关于第二个粒子的信息，而“不以任何方式干扰第二个粒子”。通过测量第一个粒子的位置，我们就可以精确地确定第二个粒子的位置。对于动量也是如此。“根据我们关于实在性的判据，我们必须认为，在第一种情况下，量P是实在的元素；而在第二种情况下，量Q是实在的元素。”
更简单地说，在任一时刻，我们没有进行观察的第二个粒子都拥有实在的位置和实在的动量。这两种作为实在特征的属性是量子力学所无法解释的，因此应当这样来回答标题所提出的问题：不，量子力学对实在的描述是不完备的。[1242]
文章称，唯一的可能就是认为对第一个粒子进行测量会影响第二个粒子的位置和动量。“任何关于实在的合理定义都不会容许这一点。”他们总结说。
泡利给海森伯写了一封长信。“爱因斯坦又一次公然评论量子力学（和波多尔斯基、罗森一起——顺便说一句，这不是什么好团队），”他怒气冲冲地说，“众所周知，他每次这样做都会带来一场灾难。”[1243]
玻尔在哥本哈根看到EPR论文后，意识到他必须再次担当起索尔维会议上的那种重任，抵挡住爱因斯坦对量子力学发动的新一轮袭击。“这次袭击如晴天霹雳一般从天而降，”玻尔的一位同事说，“它对玻尔震动很大。”以前面对这种情况时，玻尔往往会走来走去，口里不停地念叨：“爱因斯坦……爱因斯坦……爱因斯坦！”这一次他又配上了几句打油诗：“波多尔斯基（Podolsky），哦波多尔斯基（Opodolsky），哎哦波多尔斯基（lopodolsky），塞哦波多尔斯基（Siopodolsky）……”[1244]
“所有其他事情都被抛在了一边，”玻尔的同事回忆说，“我们必须立即清除这样一种误解。”在六个多星期的紧张工作中，玻尔不断地思考、动笔、修改和讨论，终于想出了回应EPR论文的对策。
对EPR论文的回应比原文更长。在文中，玻尔没有过分强调不确定性原理的一个方面，即观测行为所造成的力学干扰会导致不确定性。他承认，在爱因斯坦的思想实验中，“所考察的系统无疑受到了力学干扰”。[1245]
这一承认非常重要。直到那时，由测量所引起的干扰一直是玻尔对量子不确定性的物理解释的一部分。在索尔维会议上，他在反驳爱因斯坦天才的思想实验时指出，同时知晓关于位置和动量的信息至少部分是不可能的，因为确定一种属性会造成干扰，使得精确测量另一种属性成为不可能。
不过，运用其互补性概念，玻尔加上了一项重要的限定。他指出，两个粒子同属一个整体现象。由于它们曾经发生过相互作用，因此是“纠缠”在一起的。它们是整个现象或整个系统的一部分，拥有同一个量子函数。
不仅如此，正如玻尔所说，EPR论文并未真正驳倒不确定性原理，即不可能同时精确知道一个粒子的位置和动量。爱因斯坦说得不错，通过测量粒子A的位置，我们的确可以知道粒子B的位置。同样，通过测量粒子A的动量，我们也可以知道粒子B的动量。然而，即使我们可以设想先测量粒子A的位置，再测量粒子A的动量，从而赋予粒子B的那些属性以“实在性”，但事实上，我们无法在任一时刻同时精确测量粒子A的这两种属性，因此无法同时精确知道粒子B的这两种属性。格林在讨论玻尔的回应时说：“如果不能同时掌握向右运动的粒子的这两种属性，那么也不能同时掌握向左运动的粒子的这两种属性，因此这与不确定性原理并不冲突。”[1246]
然而，爱因斯坦仍然认为，这是反映量子力学不完备性的一个重要例子，因为它违反了可分离性原则，即两个在空间中分离的系统是独立存在的。它也违反了与之相关的定域性原理，即对一个系统的作用不可能瞬间影响另一个系统。作为用时空连续区来定义实在性的场论的拥护者，爱因斯坦相信可分离性是大自然的一种基本特征。作为相对论的捍卫者，他主张将幽灵般的超距作用从牛顿的宇宙中清除出去，规定这些作用必须遵从光速限制，因而也相信定域性。[1247]
薛定谔的猫
尽管薛定谔是作为量子先驱而获得成功的，但他却支持爱因斯坦反对哥本哈根学派。他们在索尔维会议上结成了联盟，当时爱因斯坦为上帝做了辩护，薛定谔饶有兴致地看着，深以为然。这是一场孤独的斗争，爱因斯坦1928年给薛定谔写信说：“海森伯和玻尔精心策划了他们的安抚哲学（或宗教？），向那些虔诚的教徒暂时提供了一个舒适的软枕。那些人不是那么容易从这个软枕上醒来的。”[1248]
毫不奇怪，薛定谔一看完EPR论文就给爱因斯坦发了一封贺信。“你公然扼住了教条式的量子力学的咽喉。”他写道。几周以后，他又高兴地补充说：“它就像金鱼池中的狗鱼，把每一条鱼都弄得心神不宁。”[1249]
薛定谔刚刚访问了普林斯顿，爱因斯坦徒劳地希望能够说服弗莱克斯纳让他加盟研究院。在随后与薛定谔的一系列通信中，爱因斯坦开始与他合谋寻找量子力学的漏洞。
“我不相信这一点。”爱因斯坦断言。在他看来，认为存在着“幽灵般的超距作用”，这无异于“招魂术”。他还抨击这样一种观念，即超出我们对事物的观察就无法谈论实在。“这种沉迷于认识论之中的纵欲早就应当偃旗息鼓了，”他说，“不过，你肯定已经会心地笑了，毕竟，许多年轻的娼妓后来都变成了虔诚的老嬷嬷，许多年轻的革命者都变成了老反动派。”[1250]薛定谔在回信中告诉爱因斯坦，他的确笑了，因为他已经从革命者慢慢变成了老反动派。
爱因斯坦与薛定谔在一个问题上看法不同。薛定谔并不认为定域性概念是神圣不可侵犯的，他甚至创造了我们现在使用的“纠缠”一词，来描述曾经发生过相互作用但现在彼此远离的两个粒子之间存在的相关性。无论现在距离多远，两个曾经有过相互作用的粒子的量子态此后必须合在一起描述，一个粒子发生的任何变化都会瞬间反映于另一个粒子。“预测的纠缠性源自这样一个事实：早先在同一个系统中形成，亦即正在发生相互作用的两个物体，已经在对方那里留下了踪迹，”薛定谔写道，“如果两个分离的物体先是相互影响，继而又彼此分离，那么就出现了我所谓的两个物体的纠缠。”[1251]
爱因斯坦和薛定谔开始另辟蹊径（不再依靠定域性或分离）对量子力学提出质疑。他们的新方案是看看如果涉及亚原子粒子的量子领域发生的事件与日常宏观世界中的物体发生相互作用，会发生什么情况。
在量子领域，像电子这样的粒子在任何特定时刻都没有确定的位置，而是要用所谓的“波函数”来描述粒子出现在某一特定位置的概率。这些波函数也可以描述量子态，比如对原子进行观察时它发生衰变的概率。1925年，薛定谔提出了描述这种弥散于整个空间中的波的著名方程，它规定了一个粒子在被观察时处于某一位置或状态的概率。[1252]
根据玻尔等量子力学先驱提出的哥本哈根解释，在这样一种观察做出之前，粒子的实际位置或状态仅仅是这些概率。对系统进行的测量或观察使得波函数发生坍缩，系统瞬时归于某一特定位或状态。
在给薛定谔写的信中，爱因斯坦提出了一个生动的思想实验，表明为什么所有这些关于波函数和概率的讨论，以及说粒子在观察之前没有确定位置，都通不过他的完备性检验。想象有两个箱子，其中一个里面装着一个球。我们在打开其中一个箱子之前，这个球有50%的概率在里面。而我们打开看了之后，球在里面的概率或为100%，或为0%。然而实际上，球自始至终都在其中一个箱子里。爱因斯坦写道：
爱因斯坦显然倾向于前一种解释，这种表述反映的正是他的实在论。第二种回答则是量子力学解释事物的方式，他感到有什么地方不够完备。
爱因斯坦的论证似乎基于常识。然而，有时看似有道理的东西到头来并不能很好地描述自然。他在提出相对论时就知道这一点。他公然反对流俗的时间概念，迫使我们改变思考自然的方式。量子力学也是如此。他宣称，粒子只有在被观察时才有确定的状态，两个粒子可以处于一种纠缠态，对其中一个粒子进行观察能够瞬间确定另一个粒子的属性。一旦观察做出，系统就进入了一个特定状态。[1254]
爱因斯坦从不认为这是对实在的完备描述。几周以后，他在1935年8月初又向薛定谔提出了另一个思想实验。它讨论了一种特殊情况，量子力学只能给出概率，然而常识却告诉我们，这背后显然存在着一种确定的实在。爱因斯坦说，假定有一堆火药，由于某个粒子的不稳定而在某一时刻开始燃烧。对于这一情况，量子力学方程“描述了系统尚未爆炸和已经爆炸的一种混合”，但这并非“实际的事态”，爱因斯坦说：“因为实际上，在爆炸与未爆炸之间不存在中间状态。”[1255]
薛定谔提出了一个类似的思想实验，以表明如果把量子领域的不确定性与我们的日常世界相联系，就必然会出现古怪的结果。它所讨论的不再是火药，而是一只很快就要名扬天下的虚拟的猫。“在我刚刚完成的一篇长文中，我给出了一个与你的即将爆炸的火药桶非常类似的例子。”他告诉爱因斯坦。[1256]
在这篇11月发表的文章中，薛定谔慷慨地感谢了爱因斯坦及其EPR论文为他的论证“提供了动力”。它所针对的是量子力学的一个核心概念，即衰变的原子核发出粒子的时间是不确定的，直到实际进行观察为止。在量子世界中，原子核处于一种“叠加态”，也就是说，它同时作为已衰变和未衰变的混合态而存在，直到被观察时波函数发生坍缩，它才或变成已衰变，或变成未衰变。
这对微观的量子领域也许还可以设想，但如果想象量子领域与可见的日常世界之间的交集就令人困惑了。薛定谔在其思想实验中问道，系统什么时候不再处于包含两种状态的叠加态，而瞬间落入一种实在呢？
这个问题导致一个虚拟生物的命运前途未卜，无论它是死是活，都注定会名垂千古，它被称为“薛定谔的猫”：
爱因斯坦非常激动。“你的猫表明，在对当前理论特征的评价上，我们的看法完全一致，”他回信说，“包含活猫和死猫的Ψ函数不能算作对实际事态的描述。”[1258]
薛定谔的猫引发了大量深浅不一的回应，直到现在仍在继续。在量子力学的哥本哈根解释中，一个系统在被观察时不再是态的叠加，而是瞬间落入某一实在，然而什么构成了这样一种观察，却并没有明确的规则。猫可能做观察者吗？一只跳蚤？一台计算机？一台机械记录装置？没有固定答案。不过我们的确知道，量子效应在我们可见的日常世界里一般观察不到，无论是猫还是跳蚤都是如此。因此，大多数量子力学的支持者都不会认为，在箱盖打开以前，薛定谔的猫既死又活地坐在箱子里。[1259]
爱因斯坦对薛定谔的猫以及他本人1935年的火药思想实验能够揭示量子力学的不完备性从未失去信心。那只可怜的猫得以问世有他的一份功劳，但这一历史功绩没有得到应有的评价。事实上，他后来在一封信中错误地把炸死而不是毒死动物的两个思想实验归功于薛定谔。“当今的物理学家们认为，量子理论提供了一种对实在的描述，甚至是一种完备的描述，”爱因斯坦1950年写信给薛定谔，“然而，这种解释被你的‘放射性原子+盖革计数器+放大器+填充的火药+箱子里的猫’这一系统巧妙地反驳了，该系统的Ψ数同时包含了活猫和被炸成碎片的猫。”[1260]
爱因斯坦的一些所谓的错误，比如给引力场方程加入宇宙学常数，往往比其他人的成功更让人感兴趣。他对玻尔和海森伯的质疑也是如此。事实上，那篇EPR论文并未成功表明量子力学是错误的。但后来的确很清楚，正如爱因斯坦所认为的，量子力学与我们对定域性的常识理解——我们对幽灵般的超距作用的厌恶——不相容。奇怪的是，爱因斯坦似乎远比他预想的要正确。
在EPR思想实验提出之后的若干年里，幽灵般的超距作用（即对一个粒子的观察可以瞬间影响远处的另一个粒子这种奇特的量子现象）和纠缠的思想越来越成为实验物理学家研究的对象。1951年，杰出的普林斯顿大学助理教授大卫·玻姆对这个EPR思想实验做了重新改造，涉及的对象是两个因相互作用而飞离的带有相反“自旋”的粒子。[1261]1964年，在日内瓦欧洲核子中心工作的约翰·斯图尔特·贝尔撰写了一篇论文，提出了一种实验检验方法。[1262]
贝尔对量子力学也不满意。“我并不认为它是错的，”他曾经说，“但我知道它不够健全。”[1263]加之对爱因斯坦的钦佩，他希望能够证明正确的是爱因斯坦而不是玻尔。然而到了20世纪80年代，法国物理学家阿斯派克特等人做了这个实验，结果表明定域性并非量子世界的特征。“幽灵般的超距作用”，或者更准确地说，远距离粒子潜在的纠缠才是其特征。[1264]
即便如此，贝尔仍然很欣赏爱因斯坦的努力。“在这件事情上，我感到爱因斯坦的思想要远胜于玻尔，前者清晰地看到了需要什么，后者则是蒙昧主义者，两个人之间存在着巨大鸿沟，”他说，“所以对我而言，很遗憾爱因斯坦的想法并不管用，合理的东西没有奏效。”[1265]
爱因斯坦1935年作为一种破坏量子力学的方法而提出来的量子纠缠思想，现在已经成为物理学中最不可思议的内容之一，因为它是如此与直觉相悖。然而，每年都有支持它的新证据出炉，公众对它的兴趣也与日俱增。比如2005年年底，《纽约时报》刊登了奥弗比撰写的一篇介绍性文章——《量子欺骗：检验爱因斯坦最奇特的理论》。在这篇文章中，康奈尔大学物理学家N.戴维·默敏称量子纠缠为“我们所拥有的最接近魔法的东西”。[1266]2006年，《新科学家》刊发了一篇报道——《爱因斯坦“幽灵般的作用”呈现于芯片》，文章的开头是这样的：
这种幽灵般的超距作用——某个粒子所发生的事情会瞬时在数十亿英里以外的粒子上反映出来——有可能打破光速限制吗？不会的，相对论似乎仍然有效。两个粒子虽然相距遥远，但仍然同属一个物理事物。通过观察其中一个粒子，我们可以影响它的属性，这会与对第二个粒子的观察发生关联，但这中间并没有传递信息和发出信号，传统的因果关系并不存在。我们可以通过思想实验表明，量子纠缠不能被用来瞬时发送信息。“简而言之，”物理学家格林说，“狭义相对论侥幸逃生。”[1268]
在过去的几十年里，像盖尔曼和哈特尔这样一些理论家对量子力学的看法与“哥本哈根解释”有所不同，他们对EPR思想实验做了较为简单的解释。他们的解释乃是基于宇宙的各种可选择的历史，因其只遵循某些变量而忽略其余而被称为粗粒（coarse-grained）历史。这些“退相干的”历史形成了一个树状结构，其中每一选择在下一时刻又会分出不同选择，如此等等，以至无穷。
对于EPR思想实验而言，两个粒子中的某一个的位置是在历史的某一支上被测量的。由于两个粒子拥有共同起源，所以另一个粒子的位置也被确定了。在历史的另一支上，一个粒子的动量可以测量出来，另一个粒子的动量也可以被确定。违背经典物理学定律的事情在任何一支上都不会发生。关于一个粒子的信息蕴含着关于另一个粒子的相应信息，但对第一个粒子进行测量不会对第二个粒子产生任何影响，因此狭义相对论以及它对瞬时传播信息的禁令并没有受到威胁。量子力学的特殊之处在于不可能同时确定粒子的位置和动量，因此，如果位置和动量均被确定，那必定出现在历史的不同支上。[1269]
“物理学与实在”
爱因斯坦与玻尔-海森伯群体关于量子力学的基本争论不仅仅是关于上帝是否掷骰子，或者猫是否处于半死状态，它也并非仅仅是关于因果性、定域性甚或完备性。它关乎的是实在。[1270]实在是否存在？更加具体地说，独立于我们的观察谈论物理实在有意义吗？爱因斯坦指出，量子力学“问题的核心与其说是因果性问题，不如说是实在论问题”。[1271]
玻尔及其支持者嘲笑这样一种观念，即认为超出我们的观察而谈论背后的东西是有意义的。我们所能知道的全部就是我们实验和观察的结果，而不是超出我们知觉之外的某种终极实在。
1905年，爱因斯坦曾经表现过类似的态度，那时他正在阅读休谟和马赫的著作，反对像绝对空间和绝对时间这样的不可观察的概念。“那时时我的思维方式比后来更接近于实证主义，”他回忆说，“只有在提出广义相对论之后，我才远离了实证主义。”[1272]
从那时起，爱因斯坦愈发认为存在着一种古典意义上的客观实在。尽管他前后期的思想存在着某些相通之处，但他坦言，至少在其本人看来，他的实在论代表着一种对他早期马赫主义经验论的偏离。他说：“这一信条并不符合我年轻时的观点。”[1273]正如历史学家霍尔顿所指出的：“对于一个科学家来说，如此彻底地改变其哲学信念是罕见的。”[1274]
爱因斯坦的实在论概念包含三个要点：
可以设想这样一种实在论，它只包含这三个方面中的两点甚或一点，有时爱因斯坦会考虑这样一种可能性。虽然学者们曾经讨论过这三点中的哪一点对于他的思考最为基本，[1278]但爱因斯坦一直希望和相信所有这三个方面能够合而为一。正如他晚年在给克利夫兰的一所医学院所做的讲演中所说：“所有概念都应当能够导向空间和时间中的物体，导向这些物体所遵从的定律关系。”[1279]
这种实在论的核心是一种近乎宗教的，或许也是孩童般的敬畏：我们的所有感官知觉——我们每时每刻都在体验着的视觉和听觉——符合一定的样式，遵从一定的规则，而且有意义。我们会想当然接受由这些知觉所共同拼合成的外在物体，当这些物体的行为似乎受到某些定律的支配时，我们并不感到惊讶。
然而，就像小时候第一次见到罗盘时感到敬畏一样，爱因斯坦对于知觉遵从一定的规则而不是杂乱无章也感到敬畏。对宇宙的这种令人惊讶的、出人意料的可理解性感到敬畏是其实在论的基础，也是他所谓的宗教信念的决定性特征。
他在1936年的文章《物理学与实在》中表达了这一点，这时他已经同量子力学进行过较量，为实在论做了辩护。“借助于思维，我们的全部感觉经验就能够整理出秩序来，这是一个令我们敬畏的事实，”他写道，“世界的永恒秘密就在于它的可理解性……它是可理解的这件事，是一个奇迹。”[1280]
老友索洛文（在奥林匹亚科学院的日子里，爱因斯坦曾与他读过休谟和马赫的著作）后来告诉爱因斯坦，他觉得爱因斯坦认为世界的可理解性是“一个奇迹或永恒秘密”很“奇怪”。爱因斯坦反驳说，按常理而言，认为世界不可理解才更符合逻辑。“毕竟，人们会先验地料想一个混乱无序的世界，一个为我们的心灵所无法把握的世界，”他写道，“在这一点上，实证主义者和职业无神论者的弱点暴露无遗。”[1281]当然，爱因斯坦既非实证主义者，亦非无神论者。
对爱因斯坦而言，认为存在着一种背后的实在，这种信念有一种宗教感。索洛文对此感到不满，他写信说他对这样的说法有一种“厌恶”。爱因斯坦不同意他的看法。“我找不到一个比‘宗教的’这个词更好的词汇来表达这种对实在的理性本质的信念，即实在在一定程度上是可以为人的理性所把握的。如果这种感情缺失了，科学就会蜕变为肤浅的经验论。”[1282]
爱因斯坦知道，年轻一辈把他看成一个孤陋寡闻的保守派，固守着陈旧的经典物理学的确定性，因而受到蒙蔽。“即使量子理论最初所取得的巨大成功也不能使我相信[大自然]从根本上是一种骰子游戏，”他对老友玻恩说，“尽管我很清楚，我们的年轻同事会把这解释为衰老的后果。”[1283]
对爱因斯坦怀有深挚感情的玻恩同意年轻人的看法，认为爱因斯坦已经变得与反对他的相对论的上一代物理学家同样“保守”，“他再也无法接受与他本人坚守的哲学信念相左的某些新的物理学思想”。[1284]
但爱因斯坦认为自己并非保守派，而（再次）是一个反叛者，一个不循规蹈矩者，他能够热情而顽强地抵御流行的时尚。“对于把自然界看作客观实在的观点，现在人们认为这是一种过时的偏见，而认为量子理论家们的观点是天经地义的，”他1938年对索洛文说，“每个时代都有它时髦的东西，而大多数人从来看不见统治他们的暴君。”[1285]
爱因斯坦在1938年与人合著的物理学史教科书《物理学的进化》中强调了他的实在论进路。这本书说，自古以来，对一种“客观实在”的信念已经造就了伟大的科学进展，这就证明它是一种有用的概念，即使得不到证明。“如果不相信有可能用我们的理论建构来把握实在，不相信我们世界的内在和谐，那么就不可能有科学，”这本书宣称，“不论是现在还是将来，这种信念都将是一切科学创造的基本动机。”[1286]
此外，面对量子力学的进展，爱因斯坦还用这本书来捍卫场论的用处。最好的办法就是不把粒子看成独立的对象，而是看成场本身的一种特殊显现：
爱因斯坦与人合写这本教科书还有第三个更加私人的原因：帮助一个从波兰逃出来的犹太人英菲尔德，他曾在剑桥与玻恩合作过一段时间，然后到了普林斯顿。[1288]英菲尔德最初与霍夫曼一起研究相对论，他提出他们可以向爱因斯坦毛遂自荐。“看看他是否想让我们与他共事。”英菲尔德建议。
爱因斯坦很高兴。“像推导方程这样的苦差事都由我们来干，”霍夫曼回忆说，“我们向爱因斯坦报告结果，然后开始讨论。有时他的想法异乎寻常，显得很古怪。”[1289]通过与英菲尔德和霍夫曼合作，爱因斯坦1937年用优雅的方式更为简洁地解释了行星和其他大质量物体的运动。
然而，他们关于统一场论的工作却从未变得明朗。有时的情况让人灰心，英菲尔德和霍夫曼变得十分沮丧。“但爱因斯坦从未失去勇气，其独创性也不曾辜负过他，”霍夫曼回忆说，“每当讨论陷入僵局，爱因斯坦总是用他那蹩脚的英语说一声，‘让我想想（will a little think）。’”他德语口音很重，think中的th音发不准。屋子里安静下来，爱因斯坦会走来走去或者绕着圈子，不停地捻着一绺他那灰白的长发。“他的脸上浮现出一种梦幻般的、悠远而沉静的神色，没有显出一丝紧张和不安。”时间一分分地过去了，忽然，爱因斯坦似乎又回到了这个世界，“他脸上浮起一丝微笑，给出了问题的答案”。[1290]
爱因斯坦对英菲尔德的帮助很满意，他试图劝说弗莱克斯纳在研究院给英菲尔德安排一个职位，但遭到拒绝。研究院已经勉强雇用了沃尔特·迈尔，这已经让弗莱克斯纳大为光火了。为了给英菲尔德争取区区600美元的生活补贴，爱因斯坦甚至还亲自去找了学校董事会（他很少这样做），但没有奏效。[1291]
于是，英菲尔德想出了一个主意，如果与爱因斯坦合写一本物理学史，那么肯定能取得成功，版税平分即可。当他找到爱因斯坦表明自己的想法时，英菲尔德变得异常吞吞吐吐，但最后还是说出了他的请求。“这主意不错，很不错呢！”爱因斯坦说，“我们来干吧。”[1292]
1937年4月，本传记的出版公司的创始人理查德·西蒙和马克斯·舒斯特驱车来到普林斯顿，到爱因斯坦的家来争取版权。善于交际的舒斯特试图用幽默来使爱因斯坦就范。他说，他发现了某种比光速跑得还快的东西——“一位女士到巴黎购物的速度”。[1293]爱因斯坦乐了，至少据舒斯特回忆是这样。无论如何，这次来访达到了目的。《物理学的进化》现在已经印刷了44版，它不仅宣扬了场论所扮演的角色和对客观实在性的信念，还使英菲尔德（以及爱因斯坦）在经济上更有保障。
英菲尔德可谓知恩图报。他后来称爱因斯坦“也许是自古以来最伟大的科学家和最善良的人”，并且在其导师健在时就写了一篇充满溢美之词的传记，赞扬爱因斯坦在探索统一理论时能够藐视传统思想。“多年来，他固执地紧随一个问题，固执地一再回到这个问题——这正是爱因斯坦天才的典型特征。”他写道。[1294]
反潮流
英菲尔德说的对吗？固执是爱因斯坦天才的典型特征吗？在某种程度上，他一直被这个特点所护佑，特别是在探索广义相对论的漫长而孤独的征程中。从上中学时起，他就有意逆潮流而动，藐视权威。所有这些在他探索统一理论的过程中表现得很明显。
然而，尽管他不止一次说过，对经验数据的分析对于构建他的伟大理论起的作用很小，但他有一种直觉，能够基于当前的实验和观察，从大自然中攫取洞见和原理，这种能力一直使他受益良多。这一特征现在变得不那么明显了。
到了20世纪30年代末，他对新的实验发现愈发不闻不问。随着弱核力和强核力这两种新的力被发现，需要完成的不是引力与电磁力的统一，而是更大的统一。“爱因斯坦没有理会这些新的力，尽管它们和另外两种知道时间更长的力同样基本，”他的朋友派斯回忆说，“他继续着以前的研究，试图将引力与电磁力统一起来。”[1295]
不仅如此，从20世纪30年代起，一系列新的基本粒子陆续被发现，目前已多达百十种，其中既有像光子和胶子这样的玻色子，也有像电子、正电子、上夸克、下夸克这样的费米子，林林总总，不一而足。对于爱因斯坦统一万物的目标来说，这并不是好兆头。1940年加盟研究院的泡利嘲弄了他徒劳的探索：“神所分开的，人还是不要拼合吧。”[1296]
爱因斯坦也感到这些新发现隐隐使人不安，但他还是心安理得地不去过分强调它们。“我从这些伟大发现中只能获得些许的愉快，因为目前它们似乎并不利于我对基础的理解，”他写信给劳厄，“奇怪的是，我并没有放弃希望，但我觉得自己就像一个得不到入门诀窍的孩子。毕竟，在这里与我们打交道的是斯芬克斯（sphinx）[1297]，而不是自愿的拉客妓女。”[1298]
于是，爱因斯坦逆潮流而动，不断退回到过去。他意识到，沿这条孤独的道路行进很奢侈，对于那些仍在建功立业的年轻物理学家来说，这可能过于冒险了。[1299]但正如事实所表明的，通常总会有至少两三位年轻物理学家被爱因斯坦的光环所吸引，希望同他合作，即使大多数物理学家都认为，他对统一场论的探索是不切实际的空想。
年轻的助手恩斯特·施特劳斯还记得与爱因斯坦合作的经历，当时所采取的方案爱因斯坦已经研究了近两年。一天晚上，施特劳斯失望地发现，他们的方程导出了一些明显的错误。第二天，他和爱因斯坦从各个角度研究了这个问题，但仍然没能避免这个令人失望的结果。那天他们早早回家了。施特劳斯灰心丧气，认为爱因斯坦只会心情更糟。但让他没想到的是，爱因斯坦第二天和往常一样热情和兴奋，他又提出了一种新的方案。“我们又开始了一种全新的理论，经过半年的工作又被扔进了垃圾堆，而哀悼它的时间并不比它的前身更久。”施特劳斯回忆说。[1300]
爱因斯坦的探索一直被他的一种直觉所驱动，那就是：数学简单性是大自然的一个特征，他虽然在看到数学简单性时能够知道它，但从来没能将它定义清楚。[1301]每当有特别优美的公式出现时，他就会高兴地对施特劳斯说：“上帝不可能放过如此简洁的东西。”
热情洋溢的信仍然陆陆续续从普林斯顿发出，通报他与量子理论家交战的最新进展。量子理论家们似乎迷上了概率，不愿相信有什么背后的实在。“我正在与我的年轻同事共同研究一种极为有趣的理论，我希望能够借此击败迷信神秘主义和概率的现代人，打消他们对物理学领域中实在概念的厌恶。”他1938年写信给索洛文。[1302]
类似地，关于各种突破的报道也继续从普林斯顿传出。“阿尔伯特·爱因斯坦博士，宇宙阿尔卑斯山的攀登者，正在一座人迹罕至的数学高峰之上翱翔，说他已经看到了空间和物质结构的一种新样式。”著名的《纽约时报》科学记者威廉·劳伦斯在1935年的一篇头版文章中报道说。而在1939年的一篇头版文章中，同一位作者又在同一份报纸上报道说：“从无限广袤的空间中的恒星和星系到无限小的原子内部的秘密，在对能够解释整个宇宙机制的定律做了20年不懈探索之后，阿尔伯特·爱因斯坦今天透露，他最终看到了他所希冀的那块‘知识的应许之地’，那里可能保有解决创世之谜的最重要的钥匙。”[1303]
爱因斯坦年少时所取得的成功部分来自于他的一种本能，使之能够发现背后的物理实在。他能够直觉地感受到一切运动的相对性的含义、光速的恒定性以及引力质量与惯性质量的等效。由此他可以基于对物理学的感受去构造理论。然而到了后来，他变得愈发信赖那些脱离物理直觉的数学形式描述，因为正是凭借着这种方法，他才最终完成了广义相对论场方程。
如今，在探索统一理论的过程中，似乎有许多数学形式描述，但极少有基本的物理洞见在指导他。“在早先探索广义相对论时，爱因斯坦曾经受他的引力与加速等效的原理所指引，”在普林斯顿与爱因斯坦合作的霍夫曼说，“然而，可能导出统一场论的指导性原则在哪里？没有人知道。甚至爱因斯坦也不知道。因此，这项工作与其说是探索，不如说是在没有被物理直觉照亮的黑暗的数学丛林中摸索。”杰里米·伯恩斯坦后来说，这“就像是在不考虑物理学的情况下，对数学公式进行近乎随意的排列组合”。[1304]
又过了一段时间，乐观的报道和信件不再从普林斯顿传出，爱因斯坦公开承认他至少在目前还处于困难境地。“我没有这么乐观。”他对《纽约时报》说。多年来，对于爱因斯坦所声称的统一理论的每一次突破，《纽约时报》都会做重点报道，但现在它的大标题说：“宇宙之谜难住了爱因斯坦。”
然而，爱因斯坦说他仍然无法“接受这样一种看法，即大自然中的事件如同一场碰运气的赌博”，因此，他发誓继续进行探索。即使失败，他也觉得这种努力是有意义的。“每个人都可以自由选择他的努力方向，”他解释说，“每个人都可以从这句名言中感到安慰：探索真理比对它的占有更宝贵。”[1305]
在爱因斯坦60岁生日前后，即1939年初春，玻尔来到普林斯顿做两个月访问。爱因斯坦对他的老朋友和争论伙伴仍然有些疏远。他们在招待会上见过几次面，做了短暂的交谈，但并未就有关量子奇异性的思想实验重新进行交锋。
爱因斯坦在这一时期只做了一次讲演，玻尔出席了。他在讲演中谈到了他对统一场论的最新尝试。最后，爱因斯坦把目光转向玻尔，说他长期以来一直试图以这样一种时尚来解释量子力学。但他明确说自己不想再就这个问题继续讨论下去。“玻尔对此深感不快。”他的助手回忆说。[1306]
玻尔带来了一些与爱因斯坦发现的质能关系E=mc2有关的科学新闻。在柏林，奥托·哈恩和弗里茨·施特拉斯曼已经通过中子轰击重铀的方法得到了一些有趣的实验结果。这些结果被送到了他们以前的同事迈特纳那里，她刚刚逃到瑞典，因为她是半个犹太人。她转而告诉了她的侄子奥托·弗里施，他们的结论是，原子裂开了，产生了两个较轻的原子核，少量丢失的质量变成了能量。
在证实了这些被他们称为“裂变”的结果之后，弗里施将它们告诉了正准备启程赴美的玻尔。1939年1月底，玻尔一到普林斯顿，就在物理学家的每周聚会（被称为“周一晚间俱乐部”）上讲述了这种新发现。一连数日，这些结果被不断重复，研究者们开始撰写论述这一过程的论文，玻尔和一位还没有获得终身职位的年轻物理学教授惠勒也合写了一篇。
爱因斯坦向来对控制原子的能量或释放由E=mc2蕴含的能量心存疑虑。在1934年访问匹兹堡时，他被问及释放原子能量的可能性，他回答说：“通过轰击使原子裂开就像在鸟儿稀少的漆黑之地打鸟。”《匹兹堡邮报》头版的大标题称：“爱因斯坦使原子能的希望破灭/释放巨大能量的尝试被指徒劳/著名科学家如是说。”[1307]
随着1939年初的消息被披露，轰击原子核使之产生裂变显然很可能会成为现实，爱因斯坦需要再次面对这个问题。那年3月，在为他60岁生日所做的一次采访中，他被问及这对人类是否有用处。“迄今为止，关于原子裂变所获得的成果尚不能表明，在这一过程中所释放出来的原子能量能够实际加以利用。”他回答。然而，他又意味深长地补充说：“几乎不可能有哪位物理学家会如此缺乏理智上的好奇，以至于仅仅因为以前的实验没有得到理想的结果而冷落这一极为重要的课题。”[1308]
又过了四个月，他的兴趣的确快速增长了。
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