50年物理难题获证实,爱因斯坦也错了.PDF

当前文档由后花园网文自动生成，更多内容请访问 HTTP://WWW.HHYWW.NET 50年物理难题获证实，爱因斯坦也错了 来源于:IT之家 虽然爱因斯坦是量子理论的始作俑者，可他本人一生都不愿接受量子力学 的怪诞结论。他说过一句很有名的话“上帝是不投骰子的”，旨在否定量子力 学对物理世界概率性的描述。尽管爱因斯坦已经去世60年，但他给后人留下的 争论一直是科学界的热门话题。然而，几天前由荷兰物理学家发布的实验结果 终于表明，爱因斯坦错了。 从量子力学诞生开始，争论就没有停止过。尽管以丹麦物理学家波尔为代 表的“哥本哈根学派”认为量子力学是完备且自圆其说的，爱因斯坦等物理学 家却始终坚持量子力学不是最终理论。爱因斯坦认为，物理世界的主宰是传统 的机械决定论，而非概率。两派长期针锋相对，唇枪舌战，他们争论的焦点落 在了“量子纠缠”（quantum entanglement）上，而量子纠缠直接挑战了经典 物理学的定域性描述。比如，两个朝相反方向运动的光子，只要不受干扰，无 论相距多远都可以在瞬间传递信息。打个比方，即使牛郎和织女分居在银河两 头，彼此心映即刻完成，无需时间。 爱因斯坦难以接受这样的结论，因为按照他提出的相对论，信号传递的最 快速度是光速，两个相距甚远的物体是不可能在瞬间交换信息的。也就是说 ，如果银河系有10万光年大，那么牛郎的呼唤需要10万年后才能被织女知道 ，绝不是发生于顷刻之间事情。爱因斯坦为此还提出了著名的“隐变量理论 ”，将量子力学不能给出确定结果的概率问题，归咎于人们对某种尚未发现的 “隐变量”的无知。他认为，那两个彼此背离而行的光子，一定是具有某种内 在的机制，决定了它们之后的行为，只不过人们不知道罢了。也就是说，牛郎 和织女在每年分手的时候都要约定好，在日后的某个时刻彼此互相思念，只是 这样的约定还没有被王母娘娘发现而已。 简而言之，如果爱因斯坦是对的，那么人们依然可以按照传统的科学理念 去理解世界。如果哥本哈根学派是对的，那么人们就不得不推翻许多根深蒂固 的观念，重新去审视我们的世界。人们也不得不承认，真实的世界和我们通过 感官所接触、所看到的世界在本质上是完全不同的。在当时，许多人都认为这 样的争论不会有结果，因为这已然超越了科学范畴，上升为一个哲学问题。 可转机出现在上世纪60年代中叶，当时爱因斯坦已经去世10年。欧洲核子 研究组织（CERN）的约翰·贝尔（John Bell）在赴美国访问期间，发表了著名 的论文，将这一看似抽象的哲学问题简化为一个清晰的数学不等式，它被人们 称为“贝尔不等式”。贝尔不等式其实是说，如果爱因斯坦提出的隐变量存在 的话，那么在特定的实验条件下，实验结果（大量独立重复实验的统计概率 ）就会被限制在一个范围之内。一旦实验测量超出该范围，即贝尔不等式不成 立的话，那么爱因斯坦就是错的，隐变量理论也就不正确。由于贝尔不等式可 以直接付诸实验观测，爱因斯坦与哥本哈根学派之间的争论不再具有形而上的 神秘色彩。取而代之的是，人们开始热衷于贝尔不等式的实验观测。 然而实验测量并不简单。在过去的50年里，人们提出了不计其数的实验方 案，但每一个方案都有漏洞。所以，尽管许多实验得到了违反贝尔不等式的结 果，但由于漏洞的存在也无法在逻辑上直接证明贝尔不等式不成立。令人振奋 的是，最近由荷兰代尔夫特科技大学的Ronald Hanson领导的科研团队，终于实 现了没有漏洞的实验观测，50年来第一次无懈可击地直接证明了贝尔不等式不 成立。 Hanson团队的实验设计十分巧妙。他们在相距1.28千米的两个实验室里 ，分别用微波去激发处于极低温的钻石里的电子。当电子被激发出来时，它们 同时也放出与自身相纠缠的光子。两边的光子通过光纤传送到位于两实验室之 间的另一个探测地点，这里精确记录着光子到达的时间。如果两边发射过来的 光子同时到达并以特定方式干涉，那么两个光子就会立即将自己所“代表”的 电子纠缠起来，实现远程的量子纠缠。这好比远隔10万光年的牛郎和