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1926年，爱因斯坦在给物理学家马克斯·玻恩的信中写道："上帝不掷色子"。这句话表达了他对量子力学概率性质的深刻质疑。爱因斯坦坚信物理定律应该是确定性的，而不是基于随机性的。这句名言反映了20世纪初物理学革命中的一个根本分歧：宇宙的本质是确定的还是随机的？
20世纪初，量子力学的发展挑战了经典物理学的确定性观念。海森堡不确定性原理表明，我们不能同时精确知道粒子的位置和动量。量子叠加态意味着粒子可以同时处于多个状态，直到被观测时才"坍缩"为确定状态。这种本质上的随机性让爱因斯坦深感困扰。
爱因斯坦相信，量子力学的随机性只是我们知识不完备的表现。他提出了隐变量理论，认为存在我们尚未发现的隐藏变量，这些变量实际上决定了粒子的行为。如果我们能够发现并测量这些隐变量，物理学就能重新回到确定性的轨道上。
1964年，约翰·贝尔提出了划时代的贝尔定理。他设计了一个实验来检验隐变量理论的预言。贝尔证明，如果隐变量理论是正确的，那么某个量S的绝对值不能超过2。但量子力学预言S可以达到2√2。后续的实验验证了量子力学的预言，贝尔不等式被违背了，这表明爱因斯坦的隐变量理论是错误的。
今天我们知道，爱因斯坦错了，"上帝确实掷色子"。量子力学的随机性不是缺陷，而是自然界的基本特征。这种量子随机性遵循精确的数学法则，为我们带来了激光、晶体管、核磁共振成像等现代科技。量子计算机更是直接利用量子叠加和纠缠，可能带来计算能力的革命性突破。爱因斯坦的质疑推动了科学的发展，虽然他的观点被证明是错误的，但这场辩论深化了我们对量子世界的理解。
在爱因斯坦的时代，经典物理学主导着人们对自然界的理解。牛顿力学告诉我们，如果知道系统的初始条件，就能精确预测未来。行星的轨道、钟摆的摆动，一切都遵循确定的数学法则。这种决定论观点认为，宇宙就像一台巨大的机械钟表，每个齿轮的转动都是可以预测的。正是基于这种世界观，爱因斯坦才会说出'上帝不掷色子'这句话。
量子力学向我们展示了一个完全不同的世界。在著名的双缝实验中，单个电子可以同时通过两个狭缝，形成干涉图样。这意味着电子在测量之前处于叠加态，同时存在于多个可能的路径上。但当我们试图观测电子通过哪个狭缝时，波函数立即坍缩，电子'选择'一条确定的路径。这种选择是完全随机的，我们只能预测各种结果的概率，而无法预测具体的结果。
海森堡不确定性原理是量子力学的核心原理之一。它告诉我们，位置和动量的不确定性的乘积有一个下限，等于约化普朗克常数的一半。当我们试图精确测量粒子的位置时，波包会变得很窄，但这意味着动量的不确定性会增大。相反，如果我们让波包展宽以减少动量的不确定性，位置就变得更加不确定。这种互补性是量子世界的基本特征，表明自然界在最基本的层面上就具有内在的随机性。
1935年，爱因斯坦与波多尔斯基、罗森一起提出了著名的EPR悖论。他们设想了一个思想实验：两个纠缠粒子分离后，测量其中一个粒子会瞬间影响另一个粒子的状态，这似乎违背了相对论的局域性原理。爱因斯坦称之为'幽灵般的超距作用'，并认为这证明量子力学是不完备的，必定存在隐变量决定粒子的行为。然而，1964年贝尔提出了贝尔不等式，为检验隐变量理论提供了实验方法。后续的实验结果表明，贝尔不等式被违背了，量子纠缠确实存在，爱因斯坦的局域隐变量理论被证明是错误的。