03.01 贝尔不等式的不成立是不是已经得到认可了?

石华国80999


是的,科学界公认贝尔不等式是不成立的,实验证据已经很多了。

不过对于题主的后面那个问题,我需要说明题主理解错了,贝尔不等式成立与否跟唯物主义没有关系。贝尔实验的胜利是科学的胜利,你可以说我们对唯物主义的理解深化了,但绝不应该说推翻了唯物主义,除非你对唯物主义做一个非常狭义的理解,——那只是因为你本来就理解错了嘛。

对于不了解前因后果的读者,这里简单地介绍一下。

量子力学是人类已知的最基础的物理理论之一,创建于二十世纪早期。普朗克、爱因斯坦、玻尔、德布罗意、海森堡、薛定谔、狄拉克等许多科学家,对此做出了重要的贡献。

爱因斯坦虽然是量子力学的奠基人之一,但他对量子力学有一些本质性的怀疑。1935年,爱因斯坦(Albert Einstein)和波多尔斯基(Boris Podolsky)、罗森(Nathan Rosen)写了一篇论文《量子力学对物理实在的描述可以被认为是完全的吗?》,具体地提出了他们的疑问,后世称之为EPR佯谬。他们的问题是:根据量子力学,你可以使两个粒子处于“纠缠态”,也就是说,你对其中一个粒子测量某个物理量,会同时对这两个粒子获得这个物理量的确定的值(比如说叫做a和b),你可以预测这两个值之间的关联(比如说a必然等于b,或者a + b必然等于1)。那么,第二个粒子是怎么知道第一个粒子取了某个值的?这岂不是出现了超越光速的信息传输,违反了相对论?

量子力学的另一位奠基人玻尔,立刻写了一篇同名的文章,对EPR进行了反驳。他的基本观点是,这两个粒子应该被视为一个整体,对一个粒子的测量必不可免地会影响到第二个粒子,所以这里并没有超越光速的信息传输,不违反相对论。

双方各执一词,在外人看来,这是个很有趣的问题,但无法用实验来判决,所以只是个哲学争论而已。这事就这么慢慢地凉下来了,爱因斯坦1955年去世的时候都没有看到突破。

到了1964年,有一位物理学家贝尔(John Stewart Bell,1928 - 1990)做出了一个石破天惊的观察:这场争论并不是纯粹的哲学争论,而是可以用实验来判别的!他设计出了一个非常一般性的不等式,适用于任何的不包含非定域作用的理论(也就是说,作用只能从一点以有限的速度传到另一点),而量子力学不满足这个不等式,这就是贝尔不等式。

贝尔

用贝尔自己的话说:

“如果有这样一个理论,将参数添加到量子力学中来决定每个测量的结果,但不用改变其统计预测,那么在这个理论中就必须有这样一种机制,在这种机制作用下,一种测量装置的设置会影响另一个测量装置的读数,无论相隔有多远。另外,相关的信号必须在瞬间传播出去。”

有趣的是,贝尔的本意是支持爱因斯坦的。但到了1970年代末期、1980年代早期,人们真正开始做实验检验贝尔不等式的时候,却每次都发现这个不等式被违背了,也就是说量子力学是对的,EPR错了。所以EPR和贝尔虽然想推翻量子力学,但结果却是帮助量子力学更加打牢了基础,这当然也是一个伟大的成就。

最后,量子力学违反唯物主义了吗?当然没有,除非你认为只有定域作用才算唯物主义。但你凭什么要这样认为呢?


科技袁人袁岚峰


答:是的,贝尔不等式不成立,已成为科学界的共识;量子通信的绝对安全性,就是以贝尔不等式不成立为基础的。


需要明确的是,贝尔不等式基于两个前提下,才是正确的。

1964年,物理学家贝尔,为了找到量子力学的不完备性,提出了一个数学上强有力的不等式——贝尔不等式。



该不等式基于两个前提,严谨地推导出来,定域性和实在性,可简单地理解为:

定域性:一定时间内,因果关系只会维持在特定的区域内;也就是信息的传递不能超过光速。

实在性:真实事物客观存在,不依赖于观察者。换句话说,就是世界的唯物性。

该不等式一出,震惊整个科学界,因为量子力学是否完备性,主要争论在于量子力学的定域性和实在性,我们可以基于这个不等式,来设计实验进行验证。


到了1982年,阿斯派克特首次完成了贝尔实验,发现贝尔不等式被破坏,随后几十年,科学家一直在改进贝尔实验,排除实验中的漏洞。



直到2015年,实验物理学家堵上了贝尔实验中最关键的检测漏洞和局域性漏洞,2016年低,科学家进一步升级为大贝尔实验,排除随机数漏洞。



可以说,结果毫无例外地违背了贝尔不等式,而且全部以量子力学的方式去违背,所以贝尔不等式不成立,已经成为了科学界的共识。


值得一提的是,贝尔不等式基于两个前提推导出来,所以定域性和实在性是贝尔不等式的基础,贝尔不等式被违背,注定两者至少有一个是错误的,或者两者都不正确。




至于更深的答案,目前不得而知,不过量子通信得以实现,至少说明定域性是错误的;实在性是否也存在问题,目前还存在争议呢!


好啦!我的答案就到这里,喜欢我们答案的读者朋友,记得点击关注我们——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


大体说来,还是人类认知度过于极限挑战的事!

做个类比,数学上有很多类似的问题:

①五次及以上方程的解的表示;

②三大作图问题:画圆为方,立方倍积,三等分任意角;

③数学悖论。

在没有成熟的数学理论发展起来之前,各种探讨,各种各样的方案,浪费了多少时间!

物理亦如此,历史上的纠错不胜枚举!比如“以太”学说!

所以,既然量子力学有其不逮之处,那以后可能会有更好的理论出现,现在非得量子纠缠解释的事,说不定其它的解释就不算事,同时也能解决量子纠缠的不能解决的问题!


林根数学


我对袁研究员的回答有不同的看法。

首先,关于量子纠缠,介绍的不清不楚。设一个自旋为0的粒子,分裂成两个粒子,一个自旋为S,根据守恒定律,另一个自旋必定为-S。如果把这两个粒子分送两地,你只在一个地方测量,假设你发现这个粒子的自旋为S,那你就立马知道了另一个地方的粒子自旋必定为-S。这是量子纠缠吗?这太简单了,地球人都知道。爱因斯坦的问题是,按照标准解释的说法,在你没有测量你这边的这个粒子之前,它的自㫌是不确定的,它处于一种自旋为S和自旋为-S的叠加态,一旦你对它进行了测量,它的这种叠加态就立马坍缩,变成你测量到的S态,由不确定状态转变为确定状态。同样,发往另一地的另一个粒子,在你未测量它之前,也处于自旋为S和-S的叠加态,处于一个自旋不确定的状态,但没有对它测量,仅仅是你对你这边的粒子进行了测量,你就立马知道了另一个粒子的自旋为确定的-S,它的状态也就同时被确定,那它这时就不应该再处于那个叠加态,它就应该同时由叠加态坍缩为确定状态。但没有人去测量它,它为什么会自发坍缩呢?只能认为,你这边的粒子在因测量而坍缩的同时,超距的发信息告诉另一个粒子说:“我己经坍缩为S态了,你也立马坍缩为-S态吧”。这才是爱因斯坦等人所说的量子纠缠。

爱因斯坦是不认可“粒子在测量前,处于一种不确定的叠加态,但一旦测量,它的状态就会立马由叠加态坍缩为确定状态”这一说法的,爱因斯坦认为,如果这说法成立,则上述的过程中就必然存在着超距的相互作用。

玻尔的回答是,原来的一个自旋为0的粒子,尽管分裂成两个粒子,并被分送到两地,但描述它们的波函数仍然是唯一的一个波函数,你对你这边的粒子进行测量,使波函数坍缩,则坍缩的必定是这个描述两个粒子整体的那个唯一的波函数,所以,当你这边的粒子因测量而由叠加态,由不确定状态坍缩为确定状态时,另一地的另一个粒子也就必定同时由不确定的叠加态坍缩为确定状态。显然,玻尔的回答相当于承认了两个粒子之间存在着超距作用,这种超距作用在唯一的一个波函数内部进行。

由玻尔和爱因斯坦的争论可以看出,关于最终所得到的两地的两个粒子的自旋,两人的看法是一致的,即如果你测量出你这边的粒子自㫌为S,则另一个粒子的自㫌必定为-S,因为这是由自㫌守恒定律所确定的,这个守恒定律,不论是在经典理论中,还是在量子力学中,都是成立的(爱因斯坦最早用的是动量守恒)。也就是说,对于测量出的两个粒子的自旋状态之间的关联,按经典理论还是按量子力学,关联的程度是完全相同的,因为这是由守恒定律所确定的。测量出两个粒子的自旋之间的关联程度,并不能说明究竟是爱因斯坦的观点正确,还是玻尔的观点正确,只能说明守恒定律在量子力学中还再不再成立。

显然,爱因斯坦与玻尔的争论焦点,并不是测量出的两个粒子的自旋如何如何,而是爱因斯坦和玻尔都认为,量子纠缠现象中有超距作用,但爱因斯坦认为超距作用是不合理的,而玻尔却认为是合理的。测量出两个粒子的自旋如何如何,不能说明量子纠缠现象中有没有超距作用。只有当我们在上述的现象中,测量不到超距作用,才能说明爱因斯坦的观点正确。所以,测量上述现象中是否存在超距作用,才是关键。

但是,这一问题到了贝尔手中,却完全变味了。贝尔推导出一个不等式,认为检验这个不等式是否成立,就能检验爱因斯坦和玻尔谁的说法正确,但贝尔不等式却不是关于有无超距作用的,而是关于两个粒子自旋的关联程度的!我认为,贝尔在这里偷换了概念,这种偷换是如此的明显,但为什么大家都看不出来?

不论是按照经典理论,还是按照量子力学,给出的两个粒子的自旋值,都是相同的,即当一个为S时,另一个必定为-S,因为这是由自旋守恒定律所确定的,但是在贝尔那里,使用了一个新名词,叫两个粒子自㫌的关联程度,并且认为,按经典理论,与按量子力学,计算出的两个粒子的自旋的关联程度居然是不同的。这是不是说,如果守恒定律在量子力学中成立,在经典理论中就不能成立?或在经典理论中成立,在量子力学中就不能成立?实际上,在贝尔给出的说明中,如果对两个粒子在同一方向进行量(自旋是个矢量),则不论按经典还是按量子力学,都是如果一个为S,另一个必定为-S,只有当两个粒子的自旋的测量方向不同时,按经典与按量子力学,给出的两个粒子的自旋的关联程度,才会不同。但为什么仅仅是我们的、外在的测量方向改变,而不是粒子本身的改变,就会导致按经典理论与按照量子力学计算出的粒子之间的关联程度,由完全相同改变为互不相同?

我认为,不论两个粒子的状态如何,只有当我们测量出了两个粒子之间超距的互通信息,才能说明两个粒子之间存在着相互纠缠。但是在标准解释的语境下,这种相互纠缠却实际上是根本无法检测的。请问,我们怎么才能知道另一地的另一个粒子究竟有没有因纠缠而由不确定的叠加态坍缩为一个确定态?如果我们不去测量它,我们怎么知道它究竟有没有因纠缠而状态坍缩?但如果我们进行了测量,我们又怎么区分它的状态坍缩,究竟是因纠缠引起,还是因为我们对它的测量引起?显然,不论这种纠缠是不是超距的纠缠,都无法测量验证。这一点是如此的明显,为什么大家都没看出来?

量子纠缠,实际上是无法测量验证的。


董加耕


在此问答中,有两位作者,一位是艾伯史密斯先生,另一位是中科大潘建伟团队的副研究员袁岚峰先生,他们均作出了肯定性的回答,但他们的文章与刁博先生一样,只顾自话自说如何正确,却从来都不敢正面回应我等国民纳税人所提出的一系列质疑,建议大家进入本人主页“问答"栏,查阅《为什么说潘建伟团队已验证贝尔不等式的实验是假的?》的文章,以正视听,扫除伪科技!


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