到底什麼是「量子糾纏」?愛因斯坦和波爾在爭論什麼?

到底什麼是“量子糾纏”?愛因斯坦和波爾在爭論什麼?

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到底什麼是“量子糾纏”?愛因斯坦和波爾在爭論什麼?

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到底什麼是“量子糾纏”?愛因斯坦和波爾在爭論什麼?

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【按】本來就是想轉發中科院物理所公號一篇很好的科普長文,此文對利用“貝爾不等式”證偽“EPR佯謬”的原理做了很通俗的解釋。但是在轉給友人討論時,發現他們更迫切的問題是,完全沒有理解“EPR佯謬”到底是什麼?愛因斯坦主張的“隱變量理論”跟真正的“量子糾纏”到底有什麼區別?“量子糾纏”相比於經典物理規律,到底特別在哪兒?也就根本不能理解貝爾不等式到底在驗證些什麼?因此我特地按照自己的理解給幾位同學通俗解釋了幾句以上基本問題,以便於更好地看懂本文。故而也寫於此處,在轉發此文時附上供參考,如下:

什麼是“量子糾纏”?——通俗點兒說,“量子糾纏”就是一種超距作用,被糾纏在一起的量子事物,無論彼此分開多遠的空間距離,都能瞬間彼此影響。這種影響完全不受時空限制(超光速)!

什麼是“EPR佯謬”?——狹義地講,“EPR佯謬”就是提出“量子糾纏”的那篇論文,正是愛因斯坦等作者利用量子力學的公式推導出“量子糾纏”現象,並按照經典世界的常識,認為“量子糾纏”是不可能存在的,藉此以論證量子力學是不完備的理論。(之所以叫“佯謬”就是因為這次攻擊最後失敗了^O^)

什麼是“隱變量理論”?——愛因斯坦本來想借助駁斥“量子糾纏”的荒謬來質疑量子力學,結果“量子糾纏”竟然被實驗證實是千真萬確的!!大感受挫的愛因斯坦又開始研究如何用經典理論解釋“量子糾纏”,這就是“隱變量理論”。即認為,量子事物之間的種種詭異超距作用其實都是在他們被創世之初就通過某種我們沒有觀察到的隱變量給“約定”好了的,並不真的是超越時空的瞬間作用。

“貝爾不等式”到底在驗證什麼——通俗地講,就是在證明“量子糾纏”現象並不是“事先約定”的結果。考慮同樣都是打開一個未知黑箱的情況,經典理論認為無論觀察者打開與否,黑箱裡的事物一直是處於一個確定狀態的,而量子理論認為在觀察者打開之前,黑箱裡的事物是完全無法確定的,打開的動作導致了箱中事物狀態的最終確定。將以上兩種哲學思想推廣到打開兩個以上彼此關聯的黑箱之情況,就是隱變量理論和量子糾纏的不同。“隱變量理論”認為,觀察者打開與否,多個黑箱中事物之間的關係和狀態都是一直確定的。而“量子糾纏”認為,多個黑箱中事物之間的關係是一定的,但它們的狀態直到觀察者打開其中一個時才確定下來,並且是瞬間全部確定,不論彼此相隔多遠。

用比喻來再次解釋這一切——1、“事先約定”(隱變量理論)就像將一雙鞋子中的兩隻分別打包送向A、B兩個地方,A處收件人打開包裹發現是左腳那隻,那麼自然就知道B處那隻肯定是右腳的。2、“量子糾纏”就像是將兩枚硬幣施了互反咒語(糾纏),並且旋轉著(不確定性)打進包裡,分別送向A、B兩個地方,A處收件人打開包裹致使硬幣停下來,成為國徽面朝上的樣子,根據咒語,B處那枚肯定也會停下來並且是數字面朝上。3、以上兩種情況的根本區別在於,“事先約定”時包裹裡的鞋子一直是那一隻,無論收件人打開看到與否,而“量子糾纏”時包裹裡的硬幣在未被打開包裹之前,並不確定會是哪一面朝上。4、而“貝爾不等式”就是一種可以區分“約定”和“咒語”的數學方法,人們利用它設計實驗證明了這種“咒語”的確存在!

能看明白但就是不能理解——很多同學在看“量子糾纏”相關的科普文時都有這個感受,其實我也是。大概因為人類雖然證明了這種“咒語”的確存在,但是至今也不能解釋“咒語”到底是怎麼起作用的?很多物理學家傾向於認為這種“咒語”才是宇宙中更基本的存在,我們所熟悉的經典宏觀世界裡的一切反而都是“咒語”的結果,需要用“咒語”來解釋。這等於直接告訴你——“咒語”就是真理,不需要解釋!


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