为了更加准确地理解量子纠缠 ， 我们以电子或其他粒子的自旋特性为例 。 自旋粒子的行为有点像小磁铁 ， 当一个电子通过由一对南北磁极产生的磁场时 ， 它会发生一定程度的偏转 ， 朝向磁场的某一极 。 这表明 ， 电子自旋是一个只能取两个值中的其中一个值的量：「上（up）」表示偏转到北极 ， 「下（down）」表示偏转到南极 。
想象一个 ， 让一个电子穿过一个磁场 ， 上面是南极 ， 下面是北极 。 观测其偏转 ， 我们可以得到这个电子的自旋沿垂直轴是朝上还是朝下 。 现在 ， 旋转两个磁极之间的轴 ， 使其不再垂直 ， 然后沿新的轴测量偏转 ， 电子将总是以相同的幅度向其中一极偏转 。 也就是说 ， 无论你沿哪条轴测量 ， 你都会得到一个二值的自旋值——要么朝上 ， 要么朝下 。
事实上 ， 我们不可能构造出一个观测装置来同时测量一个粒子沿多个轴的自旋 。 量子理论断言 ， 自旋观测器的这种特性实际上是自旋本身的特性：如果一个电子沿某个轴有一个确定的自旋 ， 那么它沿任何其他轴的自旋都是没有定义的 。
局部隐变量
有了对自旋的理解 ， 我们可以设计一个思想实验来证明贝尔定理 。 这里举一个纠缠态的具体例子：有一对总自旋为 0 的电子 ， 即无论沿哪个给定轴测量 ， 它们的自旋结果都是相反的 。 这个纠缠态的独特之处在于 ， 尽管总自旋沿各个方向都是一个定值 ， 但每个电子单独的自旋都是不确定的 。
假设这些纠缠态的电子被分开运至遥远的实验室 ， 并且这些实验室的科学家在进行自旋测量时可以任意旋转各自观测器的磁体 。 当两个团队沿着相同的轴测量时 ， 他们 100% 会得到相反的结果 。 但这是推翻定域性原理的证据吗？答案是不一定 。
爱因斯坦提出 ， 每对电子都可能带有一组相关的「隐变量」 ， 这些隐变量在同一时间指定粒子沿所有轴的自旋 。 这些隐变量在包含纠缠态的量子描述中是不存在的 ， 但量子力学可能并不完备 。
隐变量理论可以解释为什么同轴测量总是产生相反的结果 ， 同时又不违反定域性：对一个电子的测量不会影响另一个电子 ， 相反 ， 这一测量只是揭示一个隐变量预先存在的值 。
贝尔证明了：你可以通过沿不同的轴测量纠缠态粒子的自旋来推翻局部隐变量理论和定域性理论 。
首先 ， 假设一个实验室碰巧将其观测器相对于另一个实验室的观测器旋转了 180 度 。 这相当于翻转它的南极和北极 ， 因此 ， 一个电子的「up」结果永远不会伴随另一个电子的「down」结果 。 科学家们还可以选择旋转一个其他的角度 ， 比如 60 度 。 根据两个实验室磁体的相对方向 ， 产生相反结果的概率可能在 0% 到 100% 之间 。
推荐阅读
- 斯温伯恩|英国12岁男孩智商得分超过爱因斯坦
- 公司|爱因斯坦父亲设计的水电站 时隔126年将重启
- 网络|爱因斯坦父亲设计的水电站 时隔126年将重启
- 国人|杨振宁的物理成就已经超越爱因斯坦？
- 脉冲星|研究“极端恒星”16年，再次证明爱因斯坦广义相对论正确
- 测试|爱因斯坦yyds？广义相对论刚刚通过了一场历时16年的严格检验
- 量子力学|神经网络打开理解电子相互作用新窗口
- Google|Google Assistant乱给联系人打电话 Pixel 6用户对此感到很困扰
- 新浪科技|“无毛”黑洞模拟再次证明爱因斯坦的广义相对论
- 量子|如果没有量子力学，我们要如何理解生命？