爱因斯坦对量子力学的实验
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薛定谔的猫出生于 87 年前 。 它的死亡日期仍然不确定 。 科学界最著名的猫科动物永远活着和死去 ， 神话中的僵尸象征着现代物理学核心的一个不朽之谜 。 当然 ， 这是一只虚构的猫 ， 由奥地利物理学家 Erwin Schrdinger 于 1935 年发明 ， 以强调量子力学的怪异之处 ， 即支配微观世界的数学结构 。 薛定谔表示 ， 可以设计一个实验 ， 将一只猫放在一个盒子里 ， 进入一个活死人的边缘（从技术上讲 ， 一种状态的“叠加”） ， 直到有人看到里面 。 在同一篇论文中 ， 薛定谔描述了另一个量子难题 ， 称为纠缠 ， 其中测量一个粒子似乎会影响很远距离另一个粒子的性质 。 纠缠是量子物理学的特征 ， 爱因斯坦称其为“幽灵般的远距离作用” 。 半幽灵猫和幽灵般的远距离影响都反映了量子理论强加给 20 世纪物理学的激进的新现实观点 。 量子现实是由概率决定的 。 与牛顿物理学中坚如磐石的因果世界不同 ， 人类占据了一个未来未定的赌场宇宙 ， 这种状态引发了爱因斯坦著名的抱怨上帝不掷骰子 。 尽管爱因斯坦和薛定谔都促成了量子物理学的诞生 ， 但他们认为这其中有些严重的问题 。 然而 ， 无论多么荒谬 ， 它的预测总是成真 。 实验已经证实了薛定谔猫的叠加 ， 例如 ， 原子在多个位置或同时的高能和低能状态扮演猫的角色 。 纠缠虽然仍然神秘 ， 但不再是幽灵 。 它现在被视为一种信息和通信资源 ， 类似于电磁频谱为电视台和手机信号提供频道的方式 。 纠缠提供了一种涉及“量子”信息的全新类型的通信 ， 可用于发送密码 ， 使计算机能够执行原本不可能的计算 ， 并有前途的新型消息传递网络 。 1935 年 ， 奥地利物理学家 Erwin Schrdinger 开发了一个杀死猫的思想实验 ， 以说明他对量子力学最奇怪的特征之一的烦恼……
【爱因斯坦对量子力学的实验】
迈克尔摩根斯坦
“这是目前全世界开发量子信息的巨大努力 ， ”领先的量子实验家 Anton Zeilinger 说 。 “这可能是目前物理学中发展最快的子领域……不仅因为技术前景 ， 还因为基本问题仍然非常有趣 。 ”那些与爱因斯坦和薛定谔有关的基本问题今天继续困扰着许多物理学家 。 量子力学真正意味着什么 ， 它最终来自哪里 ， 为什么它否认传统物理学的因果确定性 ， 这些都是困扰最深刻的科学思想家的问题 ， 他们的分歧几乎与 21 世纪的政党一样严重 。 物理学家根本无法就如何解释量子物理学达成一致 。 他们像猫和狗一样为它而战 。 1935 年 ， 爱因斯坦和两位合作者提出了一个思想实验 ， 旨在说明现实本身与其量子描述之间的不匹配 。 他们写道 ， 假设两个粒子相互作用 ， 然后飞得很远 。 量子数学将这对描述为一个单一的系统 ， 因此测量粒子 A 的动量将立即揭示粒子 B 的动量 。 类似地 ， 测量粒子 A 的位置将立即揭示粒子 B 的位置 。 （其他属性 ， 如自旋或极化 ， 将类似地联系在一起 。 ）爱因斯坦和他的朋友（鲍里斯·波多尔斯基和内森·罗森）并不否认对粒子 A 的测量 ， 无论多远 ， 都可以提供关于粒子 B 的信息 。 但在他们看来 ， 如果粒子 B 的位置或动量可以确定 ， 它一定同时具备：一个地方的行为应该不可能改变远在另一个地方的“现实” 。 然而 ， 不确定性原理只允许测量一个属性或另一个 ， 而不是两者 。 因此 ， 量子力学一定是一个不完整的理论 。 必须有更多的东西 。
爱因斯坦的思想实验启发了薛定谔的论文描述了幽灵般的纠缠 。 这也激发了玻尔的批判性回应 。 他宣称 ， 在测量之前将“现实”归因于某事是没有意义的 。 他指出 ， 在任何实际实验中 ， 你只能测量动量或位置 ， 不能同时测量两者 。 位置和动量不可能同时是真实的 。 用更形象的说法 ， 争议可以归结为这样的事情：假设拉斯维加斯的一家量子皮革工厂发出两个盒子 ， 一个给俄亥俄州的苏 ， 一个给德克萨斯州的吉姆 。 苏打开盒子 ， 发现一只左手手套；然后她立即知道吉姆收到了右手手套 。 但假设苏打开盒子 ， 发现一只右脚鞋 。 这样她就肯定知道吉姆现在有一只左鞋了 。 爱因斯坦认为鞋子或手套从它们离开工厂时就在盒子里 。 玻尔相信两个盒子里都装着无形的皮革 ， 直到苏打开她的盒子（或者吉姆 ， 谁先打开并不重要） 。 玻尔的观点不是所有在特定地点发生的因果关系 ， 而是暗示现实的整体方面 ， “非本地”影响无视空间和时间的一般限制 。 几十年后 ， 爱因斯坦-波多尔斯基-罗森的论文仍然与物理学实践无关 ， 因为大多数物理学家接受了玻尔的反应 ， 或者认为没有现实生活中的实验可以解决这个争议 。 但随后在 1964 年 ， 日内瓦 CERN 实验室的物理学家约翰·贝尔分析了 EPR 想法的一种变体 。 贝尔表明 ， 原则上 ， 实验实际上可以区分量子力学和提出额外“隐藏”特征的理论 ， 这些特征可以将局部性恢复到现实 。 二十年后 ， 为了检验贝尔的数学 ， 人们进行了各种实验 ， 而像佩里梅森一样的量子力学每次都获胜 。
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