《纠缠态：物世界第一谜》笔记.doc

《纠缠态：物理世界第一谜》笔记 《纠缠态：物理世界第一谜》（(美)阿米尔·艾克塞尔著；庄星来译。上海科学技术文献出版社，2011.1） 在“量子纠缠”实验中，此时此地发生的某种情况能够同一时刻在万里之外引起某种反应，这可能吗？我们在实验室里进行某种测量，而同一时刻，在世界的另一头，乃至宇宙的彼端，引发一个类似的行为发生，“纠缠”的双方无法逃脱地联系在一起，无论它们之间的距离多么遥远，也无论它们之间分开多长时间，它们之间的反应是瞬时的，并不需要时间。这可能吗？各种实验以确凿证据证实了，量子的这种幽灵般的诡异效应确实是自然界固有的现象。量子纠缠现象不但被一次又一次的，不断改进的实验证实，而且引发了包括量子通信、量子计算等应用技术的革命，甚至可以将物质粒子的状态瞬间“隐形传输”到宇宙中任何遥远的地方，实现“物体”远距离瞬间传送。 量子理论挑战着传统科学理念，严重地质疑着实在（reality）观念。在彼此纠缠至虽然远隔万里却能行动一致的粒子的世界中，究竟什么叫做“实在”? 世界最具智慧的头脑： 爱因斯坦不但在1905年关于光电效应原理创造了量子力学的里程碑。对量子力学的发展也作出不可估量的贡献。尽管他一直对量子物理保持极大质疑，但是，无可否认的事实是，量子纠缠等基本课题，也是伴随着爱因斯坦的论争而出现的。 1910年春，比利时实业家欧内斯特·索尔维突发奇想：邀请世界上最著名的科学家举办科学研讨会。1911年10月末，第一次索尔维会议在布鲁塞尔的大都市饭店举办。最著名的物理学家都收到了邀请，其中包括爱因斯坦、普朗克、居里夫人、洛仑兹等等无一例外地参加了这一场历史性的会议。会议上，玻尔和爱因斯坦就量子力学的哲学意义及物理意义进行了激烈的争论。因为量子力学的意义与爱因斯坦的世界观有根本冲突。 爱因斯坦一生始终坚信：描写自然规律的理论，必须遵循以下三个原则： 第一、描写自然界基本现象的理论应当符合确定性的原则，尽管由于人类对初始状态以及临界状态的知识还存在空白，有时候不得不借助概率来预言观察结果。 第二、自然理论应当涵盖客观实在的一切构成要素。 第三、自然理论应当符合定域性的原则：发生在此地的现象均由此地的客观实在要素决定，发生在彼处的现象则由彼处的客观实在要素决定。 爱因斯坦和玻尔之间的关于量子力学解释的大辩论于1927年第五次索尔维会议上拉开了帷幕，量子论的所有创建者都在场：普朗克、爱因斯坦、玻尔、德布罗意、海森堡、薛定诗、狄拉克。会上，“爱因斯坦简单地陈述了他对概率解释的反驳，别的话几乎只字未提……然后便沉默下来。”（Louìs de Broglie. New Perspectives in Physics. New York: Basic Books, 1962,）可是在酒店的餐厅里，爱因斯坦则表现非常活跃。“爱因斯坦下来进早餐时会提出他自己对新生的量子论的疑虑。每一次，他都会事先设计好一个漂亮的（假想）实验，让人们看到量子论是行不通的。当时在场的泡利和海森堡只是草草应付说：‘啊，会有办法的，会有办法的。’玻尔则不然，他总是小心翼翼地把问题考虑清楚，到了大家共进晚餐的时候，再条分缕析地把难题解决掉。”（J. A Wheeler and W. H. Zurek, eds. Quantum Theory and Measurement. Princeton , NJ: Princeton University Press, 1983.） 海森堡也是1927年索尔维会议上的重要人物，他也曾讲述当时辩论的情况：“讨论很快就变成了爱因斯坦和玻尔之间的对决，争论的焦点是:当时的原子理论在多大程度上可以看做是几十年来争论不休的那些难题的最终答案?我们一般在酒店用早餐的时候就见面了，爱因斯坦会在用餐时描述一个理想实验，他认为这样的实验可以显示出哥本哈根学派解释的内在矛盾。”（Wheeler and Zurek, 1983.） 玻尔往往要用一整天的时间去考虑如何回应爱因斯坦的质疑，到了傍晚，他便将自己的观点说给他的量子论同道们听。吃晚饭的时候，他会给爱因斯坦一个答案，回应早上提出的问题。虽然爱因斯坦无法反驳玻尔的分析，但他的心里并不服气。据海森堡回忆，爱因斯坦的好朋友保罗·埃伦费斯特曾对爱因斯坦说：“我为你感到羞愧。你现在的样子，就跟当初千方百计反对你的相对论的那些人一样，都是徒劳的。” 支持和反对量子论的争论，在1930年的第六次索尔维会议上变得更加激烈。酒店的走廊和餐桌都成为他们辩论的阵地。在吃早餐的时候，爱因斯坦设计了一个“思想实验”：在一个箱子摆放了放射物，箱子的重量是经过测量的。箱子上有一小孔，由一时钟控制。若有光子自孔中逸出，逸出之时间可以从时钟得到，其精确度可以做到任意地小。利用光子放走前后箱子的重量差，便可以从爱因斯坦的公式E=mc2得