量子纠缠的原理是什么?为什么能超光速1万倍?爱因斯坦无法理解( 三 )


所以 , 这时候 , 问题的一切都集中在这个隐变量上了 。
其实在上个世纪三十四年代 , 大部分物理学家都支持爱因斯坦的隐变量学说 , 包括量子之父的普朗克和喜欢玩猫的薛定谔 。

因为在当时的保守派看来 , 哥本哈根学派用概率描述粒子也就罢了 , 毕竟找不到更好的理论描述粒子的行为 , 这暂时只是不得已的办法 。 大家即便有矛盾 , 还起码可以坐下来好好商量 。
而量子纠缠这种违反区域实在论的超光速行为 , 简直不能忍 , 这直接和相对论干起来了 , 连桌子都给掀了 , 大家就没有商量的余地 。
保守派从来没有接受过如此扯淡的理论 , 不管从科学常识还是内心情感来说 , 都无法接受量子纠缠这种诡异的相互作用 。
1935年 , 爱因斯坦联合 波多尔斯基 和 罗森共同发表了名为《能认为量子力学对物理实在的描述是完全的吗》 。 由于这篇论文的三个作者名字的首字母分别是E , P , R 。 所以这一论文也称为EPR佯谬 。

现在问题是提出来了 , 但是解决问题的人迟迟还没有出现 。
直到29年后的1964年 , 爱尔兰物理学家约翰?贝尔 才提出了 贝尔不等式 , 给出了验证EPR佯谬的可行性实验

这个实验主要是通过非均匀磁场角度的改变 , 测量纠缠粒子的自旋状态的概率分布 。

如果存在隐变量 , 那么测量纠缠粒子得到的概率就和磁场角度呈线性关系 , 贝尔不等式立 , 爱因斯坦是对的 。
如果纠缠粒子的概率和磁场角度呈非线性关系 , 则贝尔不等式不成立 , 隐变量不存在 , 则量子力学是完备的 。

科学家在半个世纪内 , 做了大量的贝尔实验 , 实验的结果全都指向 , 贝尔不等式不成立 , 爱因斯坦是错的 。 量子纠缠之间不存在所谓的隐变量 。
但是这些实验还存在着不小的争议 , 主要的争议是 用于实验的纠缠粒子距离太近 , 操作实验过程不随机 。
为了解决这些问题 , 后来还有10万人参与的大贝尔实验 。 事实上 , 物理学家对大贝尔实验的结果一点都不意外 。

这个实验更多的意义是面向大众的一次科普活动 。 在座的很多小朋友也许正是通过大贝尔实验才开始了解量子力学的 。
讲到这里 , 很多小朋友们已经按捺不住内心的躁动了 , 脑海中已经诞生了伟大的想法 。
我虽然不知道你在想什么 , 但是答案就是:不能!
首先 , 量子纠缠这种超光速现象并不存在传播子(介质) 。 没有传播子就证明:在量子纠缠的超光速作用中 , 并没有实在的物质发生了超光速运动 , 也就无法承载信息和能量 , 所以并不违背相对论 。
你可能还会想 , 即便没有传播子 , 量子纠缠照样可以传递信息 。
你的想法是不是这样的:先将二进制的0和1分别对应成粒子的上旋和下旋 。

通过对粒子不断的测量 , 就会形成大量的上旋和下旋结果 , 通过解读自旋结果就能对应成0和1 , 这样就可以传递信息了 。
这种想法固然很好 , 但问题是 , 测量纠缠粒子导致的 自旋叠加态坍塌 是完全随机的 , 你根本无法按照预订的想法控制自旋态坍塌的结果 。 所以无法刻录有效的信息 。

这时候可能有人会说 , 没关系的 , 不用控制自旋的状态也能传递信息 。
我们只需将自旋叠加态是否坍塌看成0或1就行 。
假设 , 自旋叠加态坍塌的这一行为是1 , 没有坍塌是0 。
那么就可以设定 , 在一秒内 , 如果粒子的自旋态坍塌了 , 就证明遥远的那个纠缠粒子已经被测量了 , 那么这就表示1 。 如果一秒内没有坍塌 , 那就证明没有被测量 , 这就代表0 。
这种想法固然美好 , 但你又是怎么知道粒子是否坍塌了?
你想要知道纠缠粒子自旋态是否坍塌就得观察 。

那自旋态坍塌的结果到底是因为是你的观察而坍塌 , 还是因为遥远的纠缠粒子被测量而坍塌的 。 所以这种方式也是被堵死的
其实 , 我们理解量子纠缠一定不能套用经典的物理概念 。
因为量子世界的一切都是模糊的 , 没有确定的行为 。 这并不是因为电子显微镜的分辨率不够高 , 而是由于量子世界的本质就是叠加态 , 模糊 , 不确定的 。
所以只能用概率描述模糊 。

量子纠缠也是一种模糊的叠加状态 , 这种叠加状态不会因为距离的远近而变得忽强忽弱 , 因为在量子力学看来 , 具有相同叠加态的纠缠粒子其实是同一个粒子 , 具有量子不可分离性 。

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