回顾了以爱因斯坦为代表的量子物理学派的理论,回顾了以波尔为代表的经典物理学派的理论,在上回故事中,并且感受到了首次量子巅峰对决的精彩所在。
爱因斯坦坚定相信经典物理里蕴含的朴素哲学观念,那就是物理世界应当是具有“确定性”的,而且物理规律必然要遵循严格的“实在性”以及“局域性”。另外,波尔着重指出,微观世界不可以再运用宏观世界里的经典物理理论去展开描述,而是得采用量子力学当中的“概率性”。所以,我们不能够再从经典物理的视角出发,去思索微观的量子世界所包含的奇妙事件了。
量子“波函数”示意图(图片来源:veer图库)
处在第一次量子巅峰较量里,爱因斯坦所属的经典物理学阵营,并非是优势地位。可是,爱因斯坦突发奇想,打算从自己更拿手并擅长的狭义相对论着手,进而朝着波尔开启第二次那更具精彩程度的量子巅峰对决!
爱因斯坦:我就不信,谁能比我更懂狭义相对论?
尽管早在1921年的时候,爱因斯坦就凭借成功解出光电效应的难题,从而荣获了当年的诺贝尔物理学奖。然而,爱因斯坦被世人愈发熟悉的科学成果,却是他所提出的狭义相对论原理。
狭义相对论中“时光锥”的示意图(图片来源:)
能够讲,狭义相对论属于爱因斯坦极为拿手,并且极为满意的理论当中的一项。虽说狭义相对论的理论极为高深且繁杂,然而我们没必要在每处深究它的推导以及论证进程,只需晓得其中最为关键的一点就行。
即,光速乃宇宙里最快的速度,任何信息传递的速度皆无法超越光速。所以,爱因斯坦极为肯定地着重指出,针对两个相距甚远的物体,它们之间传递信息的最快速度不会超过光速。
EPR佯谬——经典物理学派的第二次挑战
大家可还记得量子纠缠的含义呀,之前我们讲过,在量子力学的那个理论体系之中,当有一对微观粒子在一起相互作用之后,不管它们之间的距离究竟有多远,其中的一个微观粒子一旦出现变化,就会立刻致使另外一个微观粒子也跟着发生改变。从我们所身处的宏观世界这个角度来讲,那一对处于量子纠缠状态的微观粒子,不管距离远近如何,好像始终都是存在着一种瞬间的信息沟通的。
而,依据狭义相对论里的关键主张那便是“光速属于宇宙之中最快的速率”,此对于处在量子纠缠状态的微观粒子它们之间,就不太可能出现超光速的刹那间信息交流。所以,量子纠缠这个概念必定是有误的。
到了1935年的时候,爱因斯坦那家伙,寻觅到两位能帮上大忙的人,一位是波多尔斯基,另一位是罗森(Rosen)。这两人跟爱因斯坦一块共事,凑成了一个团队且是以 trio这一同单词首字母来命名的“EPR挑战团“,打算开启针对经典物理学派的第二次挑战行动。

爱因斯坦,波多尔斯基和罗森(图片来源:)
三位他们提出了一个思想实验,极妙非常。此次呢,彼等有着十足充分的自信能够获取胜利,缘由在于,倘若狭义相对论是正确无误的,那么量子纠缠便是不存在的。此一著名的思想实验贝语网校,亦被称作“EPR佯谬”。
1935年,《纽约时报》报道了一条被描述作“EPR佯谬 ”的、具有头条性质的新闻,其图片来源为非明确所指状态。
有着这样一种关于 EPR 佯谬的实验设想,要是地球上存在某个不稳定的大粒子发生了衰变,那么这个衰变的大粒子便会生成 A 和 B 两个小粒子,且这两个小粒子会从原点开始朝着两个相反的方向飞出去。然而,物理量一直都是满足守恒关系的,也就是说,鉴于 A 和 B 这两个粒子是由同一大粒子衰变形成的,所以 A 和 B 粒子的物理量总和应当始终维持不变。
量子纠缠概念图(图片来源:veer图库)
然而,有趣的事情马上就开始出现了!
当粒子A与粒子B朝着相反方向,已然飞出了足够远的距离,比如说粒子A飞到了金星,而粒子B已然飞到了火星,此时,即便粒子A与粒子B之间要借助光速去传递彼此间的信息,也需要一段时长,而绝不可能是瞬间达成的相互作用。
这时,要是被测量出金星上A粒子的某一物理量的话,那么经由物理量守恒的这个原理,我们便能立马晓得远在火星上 的B粒子的状态了。然而依据爱因斯坦狭义相对论的基本原理,这种A与B粒子之间的超距相互作用是不可能瞬间就发生的。
要是你对上面所提及的全部内容都能够表示认同的话,那么仅存在着一种可能性,那便是,A和B粒子在它们互相分开之前的那一瞬间,就已经各自处于明确的状态之中,并非是人们所说的具有概率性的叠加状态。
所以,经典物理学派着重指出,量子力学里边的概率性原理,并非属于本质的特性,而仅仅应当是一种表面的状况。
波尔的反击——不是我不懂狭义相对论,而是你不理解量子力学
面对经典物理学派发起的,第二次对决挑战,以波尔为代表的,量子物理学派不由得紧张起来 ,这是因为,EPR佯谬这个思想实验,看起来实在是很有说服力,并且狭义相对论,已经被验证是正确的,这难道说,量子力学中的量子纠缠,真就是错误的吗?
很快,波尔就成功地从慌张里头镇静了下来,而且还重新去审视EPR佯谬。没过多久,敏锐的波尔就发现了这个思想实验之中存在的巨大漏洞!

假定存在这样一种情况,那就是有一个处于不稳定状态的大粒子发生了衰变,进而变成了A和B这两个粒子,自此之后,A和B粒子朝着相反的方向去飞行了一阵子,在这一阵子之后呢,其中A粒子抵达了金星,与此同时,B粒子也抵达了火星。不得不说,爱因斯坦所讲的确实是正确的物理学家波尔,主要是因为A和B粒子之间是满足物理量守恒这种关系的,所以说,我们只要去测量金星上的A粒子的状态,那么就能够马上知晓远在火星上的B粒子的状态。
量子纠缠概念图(图片来源:veer图库)
这看上去好像违背了狭义相对论中光速最快那个原理的情况,但实际上却并非如此。原因在于,我们不应当再从宏观世界的那个角度去理解量子纠缠现象。实际上,量子纠缠仅仅存在于微观世界范围之内,而且是用来描述整个系统的相关物理量的。也就是说物理学家波尔,在远距离的两个粒子的随机行为之间,始终存在着某种关联性的情况,如果将其看作一个整体来进行描述,就不能把它视作两个独立的粒子,之后再去考虑两个粒子之间的信息传递方面的问题。
因此,如果依然依据经典物理的视角,去分别观测两个粒子各自之际的状态,那么便会出现“EPR佯谬”之内错误的情况。也就是说咯,“EPR佯谬”之中的量子纠缠并不与狭义相对论相违背,而仅仅是爱因斯坦错误地从宏观世界的方面里,去理解微观世界之中量子纠缠的意义所在。
非常明显,于第二次巅峰对决之际,以爱因斯坦作为代表的经典物理学派并未收获胜利的捷果。然而,恰恰是基于经典物理学派所提出的一系列饶有趣味的思想实验,这才推动着量子物理学派持续地进行思考,进而完善量子力学当中的“量子纠缠”理论。
以某种程度去讲,这一回回的巅峰对决,已不单单是物理学理论方面进行的争辩,而是新时代与旧时代的两种思维方式相互之间的碰撞。量子力学里量子纠缠存有奇妙情形,基于此爱因斯坦才产生了感慨,说出了这样的话,“我不相信,就连上帝都要掷骰子”。
宏观世界中随机掉落的骰子(图片来源:veer图库)
结语
历经一回回巅峰般的激烈对抗之后,物理学家只能无奈承认量子物理学派所持的观点,然而其内心却依旧难以接纳。这是由于量子力学里的“量子纠缠”理论,虽说极为奇妙,可确实太过背离我们于宏观世界里的感知了!
所以,美国的物理学领域里,名为玻姆(Bohm)的人提出了一个有意思的“隐变量”假定,期望可以把经典物理学派以及量子物理学派的看法相融合,达成一种让双方都能感到满意的和解状态。
那么试问,玻姆能够取得成功么?请于 “量子纠缠三部曲” 的最后那一篇章里,为诸位揭示解谜的答案吧!