的互补特性。
这就值得好奇一下了。
其实最先发现这个问题的,正是大名鼎鼎的爱因斯坦。
爱因斯坦,正是在和玻尔的哥本哈根学派,论战的过程中,把这个问题先提出来的。
提到爱因斯坦和玻尔的世纪大论战,话又要说回我们之前提到的物理史上那个最激动人心的年代:新量子力学诞生的年代。
当时,爱因斯坦作为旧量子理论的拥护者和以玻尔为代表的新量子理论开创派——哥本哈根学派之间发生了激烈的争执。
爱因斯坦,曾经尝试用一个「光箱思想实验」挑战玻尔的量子理论。
可惜并未成功。
反而,还被玻尔利用爱因斯坦自己的相对论,进行了成功的反驳,击退了爱因斯坦的第一次挑战。
但是,爱因斯坦肯定不是会轻易认输的角色。
几年后,爱因斯坦卷土重来,再次向哥本哈根发起了新的挑战。
这次爱因斯坦利用的武器就是与量子纠缠相关的一个新的思想实验:EPR佯谬问题。
什么是EPR佯谬问题呢?
EPR佯谬,就是针对量子纠缠现象中,两个粒子的相关性提出的。
在当时,量子的「不确定性」和观测导致「坍缩」的特性已经都被大家所认识了。
两个粒子发生纠缠的时候,也会有这样的现象存在。
只不过呢,两个纠缠的粒子被观测的时候,会同时坍缩。
坍缩后两个粒子,就会保持完全相反的互补状态。
这个现象其实是已经都被大家所了解的。
但爱因斯坦提出:
假如两个粒子发生纠缠之后,设法将这两个粒子分开得足够远,远到之间的距离,连光传播也要很久的时间,比如一百光年那么远。
此时我们观测其中某个粒子,按照量子理论,另一个粒子的状态,就会瞬间确定。
而两个粒子,在属性上,又需要保持「完全互补」的关系。
那么这种关系的确定过程,如果是瞬时的,岂不是就超越了光速吗?
那么要解释这种现象,只有两种可能:
第一种可能,是有某种机制,让信息超越光速,进行了传播,瞬间协调了它们之间的属性;
第二种可能,则是这两个粒子,事先约定好了某种互补状态,然后一直保持着状态互补关系。
这两种可能解释,其实就意味着对整个世界的两种解释方式:
前者,如果我们相信,是由某种超光速机制在协调两个遥远的粒子。
那么这个世界,似乎在微观层面就有一些和宏观层面不一致的神秘机制在起作用。
而如果是后者,那么就只是一个简单问题了,只是我们的认识不足,还有一些物理学的隐藏参数没有发现而已。
粒子之间的瞬间协同性,其实只是一种「假象」,是我们现阶段知识不足造成的而已。
伟大如爱因斯坦,怎么可能认同前面那种,如同神棍的逻辑呢?
他当然认为应该是后者,两个粒子之间一定存在某种「隐变量」在制约它们的行为而已,哪里有什么神秘机制。
更何况,当年也没有电子游戏,这样的虚拟体验可以启发思想,不是吗?
于是,爱因斯坦就拿出了这个EPR佯谬问题,很严肃地告诉玻尔。
你们除非证明两个纠缠粒子之间的关系是前者,而不是后者。
否则,你们整个量子力学体系就是错的。
世界不是你们想象出来的,它还是经典的、定域的、实在的!
好,现在球踢给哥本哈根学派了,玻尔他们现在要怎样应对爱因斯坦的挑战呢?
玻尔面对挑战自然不会轻易认输。
他作为新时代量子理论的奠基者之一,怎么可能向爱因斯坦的旧理论屈服呢?
就算是他还没玩到电子游戏,玻尔也能感觉出,这个世界背后,一定有某种深层机制突破了定域和实在性。
他果断应战,准备设计实验来证明爱因斯坦错了。
玻尔要如何证明爱因斯坦是错的呢?
玻尔首先要证明,两个粒子之间的协调性速度是远比光速快的。
这比较好办。
我们设计实验,可以把两个粒子分别引到足够远的距离。
然后用超过它们可能利用光速彼此联系的时间,来比对它们的状态就好了。
(比如现实中可以用长光纤,把纠缠的光子对,分别分离、引导开来实现)。
其次,玻尔还要证明,两个粒子之间的协调性是瞬时同步产生的,而不是它们事先约定好的。
我们要证明两个粒子之间,没有任何事先的神秘约定,那这要如何证明呢?
俗话说,瞌睡碰到枕头,真是巧了。
这边正好有一个爱因斯坦的「大粉丝」,听到了这个事情。
他就是北爱尔兰的物理学家,约翰·斯图尔特·贝尔(JohnStewartBell)
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