上帝投掷的骰子--爱因斯坦的幽灵超距作用

2020-02-16 投稿人 : www.chacha360.com 围观 : 1307 次

光电效应理论使阿尔伯特爱因斯坦在量子力学领域确立了自己的重要地位。然而,这个理论背后的哲学意义深深困扰着爱因斯坦。

众所周知,爱因斯坦以推导质量能量方程E=MC 2而闻名。然而,事实上,他对物理学的最后一个伟大贡献是爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论(缩写为EPR悖论),这是1935年与同事鲍里斯波多尔斯基和内森罗森合着的论文。本文对EPR佯谬描述了一种奇怪的现象“纠缠态”,这已成为量子物理新理解的核心。

《纽约时报》 EPR悖论的新闻报道(E、P和R分别是爱因斯坦、波多尔斯基和罗森的第一个字母)

从左到右:爱因斯坦、波多尔斯基和罗森

直到20世纪80年代,EPR悖论仍被视为一个奇怪的哲学脚注。本文从探索粒子对的来源开始:粒子包含两个可测量的属性,每个属性测量有两个可能的结果,两个结果的概率相等。

让我们假设第一个属性测量“状态0”或“状态1”,第二个属性测量“状态A”或“状态B”。当我们测量了一个粒子的属性,不管我们再测量多少次,这个粒子的属性都会得到相同的结果。这种现象的奇特之处在于,它不仅表明单个粒子的状态在被测量之前是不确定的,而且表明测量本身决定了粒子的状态,并且测量也相互影响。如果你测量一个粒子的第一个属性,它的测量结果是“状态1”,然后测量粒子的第二个属性,那么你有50%的机会分别得到“状态a”或“状态b”。之后,当您重新测量第一个属性时即使它已经被测量过一次,结果是“状态1”我们仍然有50%的机会得到“状态0”。由此可以得出结论,轮流测量一个粒子的不同属性将重置原始属性,并且将再次获得一个全新的随机结果。

如果你同时观察一对粒子,结果会变得更加奇怪。两种粒子都会得到随机测量。但是如果你把它们放在一起比较,你会发现它们总是完美地联系在一起。例如,如果两个粒子的测量结果都是“状态0”,那么它们将总是保持这种相关状态。据此,我们可以通过测试一个粒子的属性来准确地获得另一个粒子的属性。

物理学家拍摄了量子纠缠的第一张照片。

(格拉斯哥大学图片)

量子纠缠似乎违反了爱因斯坦的相对论,因为两个粒子之间的距离是无限的。假设有一天中午在纽约测量一个粒子的性质,一纳秒后在旧金山测量另一个粒子的性质,你会发现这两个粒子的性质测量完全一致。假设测量的行为决定了粒子的测量结果,当第一个粒子被测量时,它需要以1300万倍光速的速度将相关信息传输给第二个粒子,这是相对论认为不可能的。出于这个原因,爱因斯坦将这一现象斥为“幽灵般的距离效应”。

他认为这一定是因为量子力学本身不够完善。这两个粒子一定有一个我们不知道的先决条件。当前的量子力学过于肤浅,无法揭示和解释这一事实。以尼尔斯玻尔为首的正统量子理论的支持者坚持认为,量子状态从根本上来说是不确定的不管两个粒子相距多远,量子纠缠决定了一个粒子的状态将受到另一个粒子状态的影响。在

约翰斯图尔特贝尔(1973年欧洲粒子物理研究所报告中的照片)之后的30年里,物理学一直处于僵局,直到1964年约翰贝尔指出,为了解决电子顺磁共振的争议,应该观察两个粒子不同性质的测量。爱因斯坦、波尔多和罗森的“局部隐变量理论”严格限制了得到“1A”或“B0”结果的概率,因为结果可以预先定义。根据粒子的状态在测量前完全不确定的理论,贝尔推导出一种具有不同限制的纯量子方法,并预测混合测量结果,如果粒子的状态可以预先确定,混合测量结果是不存在的。

贝尔提出了一种测试电子顺磁共振理论的方法后,物理学家相应地进行了实验。从20世纪70年代的约翰克劳斯和80年代初的阿兰阿斯佩开始,大量的实验检验了电子顺磁共振的预测,并得出了相同的结论:量子力学是正确的。两个纠缠粒子之间的“不确定状态的相关性”是真实的,不能用任何更深的变量来解释。

Alan Asperger在1981年发表了一篇实验论文(图片来源:PRL)

记录了四个违反贝尔不等式的全帧图像:四个独立的量子纠缠图像,对应于θ 2={0,45,90,135的四个方向

(该图像来源于:journal,2019年7月3日,《科学进展》,第5卷,第7期,doi : 10.1126/页但是这是一个很大的错误,因为它导致物理学家对量子物理学的基础进行更深入的思考。本文进一步阐述和完善了量子理论,推动了量子信息学等相关课题的研究。这是一个有潜力创造“超级计算机”的新兴领域。不幸的是,测量结果的随机性使得科幻小说中的场景无法实现,例如使用纠缠粒子以超光速传输信息。

目前,相对论是安全的,但是量子宇宙的奇异性远远超出了爱因斯坦的想象!

Reference

1。维基百科

2。天文名词

3。英子-刘金元-毛庆青

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