到底什么是“量子纠缠”?爱因斯坦和波尔在争论什么?

到底什么是“量子纠缠”?爱因斯坦和波尔在争论什么?

蓝色发光量子粒子

到底什么是“量子纠缠”?爱因斯坦和波尔在争论什么?

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到底什么是“量子纠缠”?爱因斯坦和波尔在争论什么?

波粒子的加速度

【按】本来就是想转发中科院物理所公号一篇很好的科普长文,此文对利用“贝尔不等式”证伪“EPR佯谬”的原理做了很通俗的解释。但是在转给友人讨论时,发现他们更迫切的问题是,完全没有理解“EPR佯谬”到底是什么?爱因斯坦主张的“隐变量理论”跟真正的“量子纠缠”到底有什么区别?“量子纠缠”相比于经典物理规律,到底特别在哪儿?也就根本不能理解贝尔不等式到底在验证些什么?因此我特地按照自己的理解给几位同学通俗解释了几句以上基本问题,以便于更好地看懂本文。故而也写于此处,在转发此文时附上供参考,如下:

什么是“量子纠缠”?——通俗点儿说,“量子纠缠”就是一种超距作用,被纠缠在一起的量子事物,无论彼此分开多远的空间距离,都能瞬间彼此影响。这种影响完全不受时空限制(超光速)!

什么是“EPR佯谬”?——狭义地讲,“EPR佯谬”就是提出“量子纠缠”的那篇论文,正是爱因斯坦等作者利用量子力学的公式推导出“量子纠缠”现象,并按照经典世界的常识,认为“量子纠缠”是不可能存在的,借此以论证量子力学是不完备的理论。(之所以叫“佯谬”就是因为这次攻击最后失败了^O^)

什么是“隐变量理论”?——爱因斯坦本来想借助驳斥“量子纠缠”的荒谬来质疑量子力学,结果“量子纠缠”竟然被实验证实是千真万确的!!大感受挫的爱因斯坦又开始研究如何用经典理论解释“量子纠缠”,这就是“隐变量理论”。即认为,量子事物之间的种种诡异超距作用其实都是在他们被创世之初就通过某种我们没有观察到的隐变量给“约定”好了的,并不真的是超越时空的瞬间作用。

“贝尔不等式”到底在验证什么——通俗地讲,就是在证明“量子纠缠”现象并不是“事先约定”的结果。考虑同样都是打开一个未知黑箱的情况,经典理论认为无论观察者打开与否,黑箱里的事物一直是处于一个确定状态的,而量子理论认为在观察者打开之前,黑箱里的事物是完全无法确定的,打开的动作导致了箱中事物状态的最终确定。将以上两种哲学思想推广到打开两个以上彼此关联的黑箱之情况,就是隐变量理论和量子纠缠的不同。“隐变量理论”认为,观察者打开与否,多个黑箱中事物之间的关系和状态都是一直确定的。而“量子纠缠”认为,多个黑箱中事物之间的关系是一定的,但它们的状态直到观察者打开其中一个时才确定下来,并且是瞬间全部确定,不论彼此相隔多远。

用比喻来再次解释这一切——1、“事先约定”(隐变量理论)就像将一双鞋子中的两只分别打包送向A、B两个地方,A处收件人打开包裹发现是左脚那只,那么自然就知道B处那只肯定是右脚的。2、“量子纠缠”就像是将两枚硬币施了互反咒语(纠缠),并且旋转着(不确定性)打进包里,分别送向A、B两个地方,A处收件人打开包裹致使硬币停下来,成为国徽面朝上的样子,根据咒语,B处那枚肯定也会停下来并且是数字面朝上。3、以上两种情况的根本区别在于,“事先约定”时包裹里的鞋子一直是那一只,无论收件人打开看到与否,而“量子纠缠”时包裹里的硬币在未被打开包裹之前,并不确定会是哪一面朝上。4、而“贝尔不等式”就是一种可以区分“约定”和“咒语”的数学方法,人们利用它设计实验证明了这种“咒语”的确存在!

能看明白但就是不能理解——很多同学在看“量子纠缠”相关的科普文时都有这个感受,其实我也是。大概因为人类虽然证明了这种“咒语”的确存在,但是至今也不能解释“咒语”到底是怎么起作用的?很多物理学家倾向于认为这种“咒语”才是宇宙中更基本的存在,我们所熟悉的经典宏观世界里的一切反而都是“咒语”的结果,需要用“咒语”来解释。这等于直接告诉你——“咒语”就是真理,不需要解释!


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