沒錯(cuò),,量子糾纏實(shí)際上是愛因斯坦,、薛定諤等人的研究成果。
愛因斯坦構(gòu)想了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn),,描述了一個(gè)不穩(wěn)定的大粒子衰變成兩個(gè)小粒子(A和B)的情況:大粒子分裂成兩個(gè)同樣的小粒子,。小粒子獲得動能,,分別向相反的兩個(gè)方向飛出去。如果粒子A的自旋為上,,粒子B的自旋便一定是下,,才能保持總體的自旋守恒,反之亦然,。根據(jù)量子力學(xué)的說法,,測量前兩個(gè)粒子應(yīng)該處于疊加態(tài),比如“A上B下”和“A下B上”各占一定概率的疊加態(tài)(例如,,概率各為50%),。然后,,我們對A進(jìn)行測量,A的狀態(tài)便在一瞬間坍縮了,,如果A的狀態(tài)坍縮為上,,因?yàn)槭睾愕木壒剩珺的狀態(tài)就一定為下,。但是,,假如A和B之間已經(jīng)相隔非常遙遠(yuǎn),比如說幾萬光年,,按照量子力學(xué)的理論,,B也應(yīng)該是上下各一半的概率,為什么它能夠在A坍縮的那一瞬間,,做到總是選擇下呢,?難道A和B之間有某種方式及時(shí)地“互通消息”?即使假設(shè)它們能夠互相感知,,它們之間傳遞的信號需要在一瞬間跨越幾萬光年,,這個(gè)傳遞速度已經(jīng)超過了光速,,而這種超距作用又是現(xiàn)有的物理知識不容許的,。于是,愛因斯坦認(rèn)為:這就構(gòu)成了佯謬,。愛因斯坦強(qiáng)調(diào)不可能有超距作用,,意味著他堅(jiān)持經(jīng)典理論的“局域性”。量子力學(xué)已經(jīng)否定了確定性,,這是愛因斯坦不認(rèn)可的,。而現(xiàn)在,如果連局域性都要拋棄,,這可是愛因斯坦絕對不能同意的,,因而在文章中他將兩個(gè)粒子間瞬時(shí)的相互作用稱為“幽靈般的超距作用”。薛定諤讀完EPR論文之后,,他用德文寫了一封信給愛因斯坦,,在這封信里,他最先使用了術(shù)語Verschr?nkung(意思是糾纏),,這是為了要形容在EPR思想實(shí)驗(yàn)里,,兩個(gè)暫時(shí)耦合的粒子,不再耦合之后彼此之間仍舊維持的關(guān)聯(lián),。EPR佯謬也得到了玻爾的回應(yīng),。他認(rèn)為,因?yàn)閮蓚€(gè)粒子形成了一個(gè)互相糾纏的整體,,只有用波函數(shù)描述的整體才有意義,,不能將它們視為相隔甚遠(yuǎn)的兩個(gè)個(gè)體——既然是協(xié)調(diào)相關(guān)的一體,它們之間便無須傳遞什么信息。愛因斯坦絕對接受不了玻爾的這種古怪的說法,,即使在之后的二三十年中,,玻爾的理論占了上風(fēng),量子理論如日中天,,各個(gè)分支高速發(fā)展,,給人類社會帶來偉大的技術(shù)革命,愛因斯坦仍然固執(zhí)地堅(jiān)持他的經(jīng)典信念,,反對哥本哈根學(xué)派對量子理論的詮釋,。1955年,愛因斯坦與世長辭,,幾年后玻爾也離開了人世,。但他們觀點(diǎn)的分歧依然沒有一個(gè)定論,直到1964年英國物理學(xué)家約翰·貝爾提出了著名的“貝爾不等式”,。愛因斯坦一方堅(jiān)持認(rèn)為量子糾纏的隨機(jī)性是表面現(xiàn)象,,背后可能藏有“隱變量”,貝爾本人也支持這個(gè)觀點(diǎn),。他試圖用實(shí)驗(yàn)來證明愛因斯坦的隱變量觀點(diǎn)是正確的,。貝爾假設(shè)了一個(gè)上圖所示的實(shí)驗(yàn)。根據(jù)出生確定論,,這些光子的偏振方向都是已經(jīng)確定好了的,,對一個(gè)光子的測量結(jié)果和對另一個(gè)光子的測量結(jié)果無關(guān)。但在量子力學(xué)中,,對一個(gè)光子的測量結(jié)果必然影響另一個(gè)光子的測量結(jié)果,。比如做4次實(shí)驗(yàn),分別把左右兩邊的偏振片置于(0°, 0°),、(30°, 0°),、(0°, -30°)、(30°, -30°)的角度,。第一種情況,,所有的光子都能通過偏振片。第二,、三種情況,,是分別選擇每一邊的偏振片。第四種情況,,是兩邊的偏振片都旋轉(zhuǎn),。簡單來說,如果對一個(gè)光子的測量結(jié)果和對另一個(gè)光子的測量結(jié)果無關(guān),,那么兩邊的偏振片都旋轉(zhuǎn)的結(jié)果≤每一邊偏振片分別旋轉(zhuǎn)的結(jié)果之和,,這就是貝爾不等式,。但根據(jù)量子理論,對一個(gè)光子的測量結(jié)果必然影響另一個(gè)光子的測量結(jié)果,。那么,,就會出現(xiàn)兩邊的偏振片都旋轉(zhuǎn)的結(jié)果>每一邊偏振片分別旋轉(zhuǎn)的結(jié)果之和的情況。也就是說,,如果該不等式成立,,愛因斯坦獲勝,如果該不等式不成立,,則玻爾獲勝,。因此,貝爾不等式將愛因斯坦等人提出的EPR佯謬中的思想實(shí)驗(yàn),,轉(zhuǎn)化為真實(shí)可行的物理實(shí)驗(yàn),。盡管貝爾的原意是支持愛因斯坦,找出量子系統(tǒng)中的隱變量,,但他的不等式導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻適得其反,。在之后的幾十年里,所有貝爾測試的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都偏向于量子力學(xué),。1972年,,物理學(xué)家克勞澤及其合作者弗里德曼,成為貝爾不等式實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的第一人,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果違背貝爾不等式,,證明了量子力學(xué)的正確性,。1982年,,巴黎第十一大學(xué)的阿蘭·阿斯佩等人在貝爾的幫助下,改進(jìn)了克勞澤和弗里德曼的貝爾定理實(shí)驗(yàn),,成功地堵住了部分主要漏洞,。這次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣違反貝爾不等式,證明了量子力學(xué)的非局域性,。
▍背景簡介:本文摘自公眾號“光子盒”,。