05.24 世界最大的量子糾纏實驗證明愛因斯坦錯了

當人們在一個科學家去世60年後還在測試他們生前的理論時,他們已經對這個世界產生了影響。愛因斯坦並不喜歡量子糾纏這個概念,他認為任何關於量子糾纏的解釋都必須包含一些我們目前還不知道的變量。對於量子力學所描述的非常小的粒子,它們並沒有確定的存在狀態。量子粒子是作為一個概率群存在的,基本上它們同時存在於幾個狀態中。比如順時針和逆時針旋轉,直到它們被測量出來,粒子才會選擇一個狀態並持續運動下去。產生這種選擇的粒子被認為已經崩潰了,就好像它所有的各種潛在的狀態都消失了,暴露了粒子所選擇的那個狀態。

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更奇怪的是,兩個粒子可能會糾纏,這意味著無論它們在時間和空間上的距離有多遠,它們之間都會保持某種因果關係。舉個例子,如果我們測量一個粒子,它就會順時針旋轉,那麼它的糾纏會促使它立即崩潰,並逆時針旋轉,即使粒子會出現在宇宙的另一端。這要麼意味著一個在一瞬間與另一個相通,要麼每一個粒子的狀態只有在被測量後才會出現。我們知道我們在想什麼。首先,這整個想法是荒謬的:無論我們是否在看事物,事物都是它們的樣子。另一方面,沒有什麼能比光跑得更快,所以兩個粒子怎麼能在一瞬間穿越宇宙而通信呢?

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愛因斯坦也有同樣的想法,他嘲諷地稱這個想法為幽靈般的距離行為。愛因斯坦陣營中的人支持一個叫做局部現實主義的概念。局部性說,沒有任何信號能比光傳播得更快,現實主義說粒子在我們測量它們之前就已經有了確定的狀態。事實上,如果兩個粒子通過很遠的距離溝通,那麼根據當地的現實主義,一定會有其他的事情發生。也許測量工具在某種程度上已經存在了,或者宇宙對粒子可能的狀態施加了一些限制。麻省理工學院的安德魯·弗裡德曼告訴廣達,就好像宇宙是一個菜單上有10道菜的餐廳。

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我們以為我們可以點這10種食物中的任何一種,但他們告訴我們,我們已經沒有雞肉了。結果,只有5種食物真正在菜單上。我們仍然有選擇的自由,但我們過度計算了我們的自由度。這種認為測量的自由度可能比我們認為的選擇自由漏洞要小的多。這個漏洞提出了一個挑戰,因為即使表面上完全隨機性也無法關閉它:使用一個隨機數發生器來決定要測量的屬性,而且仍然存在著糾纏粒子影響隨機數發生器的可能性。這就是為什麼在2016年11月,一個全球實驗使用了一種不受微小量子粒子影響的方法:自由意志。特別是一群玩家的自由意志。

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這個實驗被稱為大鐘測試,是模仿物理學家約翰·斯圖爾特·貝爾設計的一個經典實驗。在傳統的實驗中,成對的糾纏粒子被產生、分離並送到不同的位置,在那裡這些粒子的不同性質被測量。(就像我們之前提到的,研究人員通常會使用隨機數生成器來決定在任何給定時間度量哪個屬性。)如果測量結果相符,那麼這就是量子糾纏和對抗局部實在論的證據。在全世界10萬人的幫助下進行了大貝爾測試,他們用一個在線視頻遊戲把自己的0和1的隨機序列貢獻給五大洲的12個實驗室。

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包括澳大利亞布里斯班、中國上海、奧地利維也納、意大利羅馬、德國慕尼黑、瑞士蘇黎世、法國尼斯、西班牙巴塞羅那、阿根廷布宜諾斯艾利斯、智利康塞普西翁和科羅拉多博爾德。在許多不同的單獨實驗中,這些實驗室使用數字或位來設置偏振片的角度,並使用其他工具來確定如何測量糾纏粒子。這項研究結果發表在2018年5月的《自然》雜誌上。研究人員寫道:所觀察到的相關性與當地的現實強烈矛盾。實驗結果表明:愛因斯坦錯了。


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