爱因斯坦输了

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1、爱因斯坦输了　　1935年，阿尔伯特?爱因斯坦、鲍里斯?波多尔斯基和纳森?罗森共同撰写了一篇著名的论文，对量子力学理论的完备性提出质疑。论文中，他们反对量子纠缠这一观点，即纠缠在一起的两个粒子可能会相互影响，无论它们相隔多远。他们断定，量子力学必须完善其理论，才能对世界进行合理的、“局域实在”的描述。他们认为，一个粒子在局域携带了所有的属性，能够决定任何对该粒子测量的结果。这些属性构成了粒子的物理实在性。　　然而，直到1964年，欧洲核子研究所（CERN）的理论物理学家约翰?斯图尔特?贝尔发现了可以用来进行实验，测量是否真的存在“局域实在”的不等式。在随后的几十年里，实验人员对贝尔不等式进行

2、了一次次日益复杂的验证。然而，这些验证总是至少存在一个漏洞，可以用局域实在性对实验结果加以解释，除非人们提出一些修正性的（尽管是合理的）假设来填补这些漏洞，否则我们无法对爱因斯坦的质疑置之不理。如今，三支科研团队已经填补了两个主要的漏洞，各自证实了我们必须明确抛弃爱因斯坦提出的局域实在论。尽管他们的研究结果从某种意义上说并不出乎意料，但他们付出了几十年的辛苦来进行实验。他们的实验结果也将几个基本量子信息方案，如设备无关量子密码学和量子网络，建立在了更坚实的基础上。7　　我们有时可能忘记了爱因斯坦在量子力学早期发展中所起的主要作用。他是第一个真正理解机械振荡器能量量子化结果的科学家。1905年

3、，他发表论文提出了“光量子”模型，之后，又在1909年发表了光的波粒二象性理论。尽管爱因斯坦见解深邃，富有远见，但对贝尔提出的量子理论的“哥本哈根解释”表示不满，并试图找出海森堡测不准原理中的矛盾之处。然而，在1927年的索尔维会议上，贝尔利用单个量子态粒子的思想实验成功化解了爱因斯坦的招招攻势。　　到了1935年，爱因斯坦对“哥本哈根解释”提出了新的反对意见，这次他利用两个粒子的思　　想实验进行反驳。他发现量子力学理论允许两个粒子纠缠在一个量子态中，这样一来就可以预测这两个粒子的测量结果之间具有极强的关联性。也就是说，即便两个粒子相隔得足够远，确保对彼此的测量互不影响，它们之间还是会持续相

4、互关联，除非它们运动的速度超过光速。因此，爱因斯坦提出了自己认为唯一合理的解释：这对粒子中的每个粒子所携带的属性，在它们进行空间分离的那一刻就已经确定了，同时也决定了测量结果。但由于当时量子理论中没有对纠缠态粒子进行单独解释，所以爱因斯坦认为量子理论框架并不完备。然而，贝尔强烈反对这一结论，他坚称如果按照爱因斯坦的说法去完善量子理论，就会破坏量子理论的自洽性。7　　当时除了埃尔温?薛定谔外，大多数物理学家都没有在意贝爱之争，因为他们的争论只是关于量子理论的解释，并不能准确预测测量结果，这点爱因斯坦并没有提出质疑。当贝尔有了突破性的发现之后，情况发生了改变，他发现量子物理学中的一些预测与爱因斯

5、坦的局域实在论世界观之间存在冲突。为了清楚地理解贝尔的发现，让我们参考一项具体的实验：实验中有一对光子，它们的偏振现象在两个分隔开的观测站进行测量（如右图），对于两个偏振光子的纠缠态（Ψ）如图所示。量子力学推测，这两个相距甚远的光子偏振测量之间存在极强的相关性。为了解释这种相关性，贝尔发明了一套广义的局域实在性理论，在这个广义理论中，每对光子共有的属性决定了测量的结果，现在我们称之为贝尔不等式。在这个不等式中，贝尔指出，对任何局域实在性的理论框架来说，预测的相关性都存在局限。他表示，根据量子力学理论，这些局限是通过一些偏振器设定的。也就是说，量子力学的预测与局域实在性相冲突。这也就告诉人们，

6、贝爱之争不只是关于量子理论的解释，同样也涉及了定量的预测结果。　　贝尔的发现使得贝爱之争从认识论转移到了实验物理领域。在接下来的短短几年里，贝尔不等式便应用于实践之中。1972年，加州大学伯克利分校以及哈佛大学进行了第一批实验，接着在1976年，得克萨斯州农工大学也进行了相同的实验。开始时实验有偏差，后来实验结果逐渐向量子力学靠拢，偏离贝尔不等式高达6个标准差。尽管这些实验在当时堪称杰作，代表了当时最高水平的实验技术，但还远不够理想。一些漏洞仍然存在，这使得爱因斯坦的支持者依然可以采用局域实在性解释实验结果。　　第一个漏洞，按照贝尔的说法，是最根本的一个漏洞，即“局域漏洞”。在解释自己的不等

7、7　　式时，贝尔不得不假设一个偏振片的测量结果与另一个偏振片的方向无关。这种局域条件是一个合理的假设。但在一次争论中，有人设想了一个新现象，认为基于基本的自然规律提出这一局域条件会更好。事实上，对此贝尔已经做出了改进。他提到，如果偏振器的方向在光子离开光源向探测器飞行期间选定，就可以防止其中一个偏振器在测量的时候“感知到”另一个偏振器的方向。因为按照相对论因果律，没有信号可以传播得比光还快，这样就填补了这个局