玻爾與愛因斯坦關於量子糾纏的一場辯論賽:愛因斯坦以慘敗而告終

子講堂第八期:玻爾與愛因斯坦這兩位偉大的物理學家曾經就量子力學中的量子糾纏現象爆發了一場激烈的辯論,信仰絕對論的愛因斯坦以慘敗而告終,堅持不確定性的玻爾則大獲全勝。

玻爾與愛因斯坦關於量子糾纏的一場辯論賽:愛因斯坦以慘敗而告終

玻爾是量子力學哥本哈根學派的領袖,根據哥本哈根學派的詮釋:一切的微觀粒子、量子都具有不確定性,微觀粒子、量子以概率雲的形勢瀰漫於空間之中,如果不對它們直接觀測,那麼微觀粒子、量子就永遠處於多種狀態的集合:疊加態,也就是說沒有被觀測過的微觀粒子、量子就是無法確定的,只有在人類進行觀測後,微觀粒子、量子的不確定性才會坍縮,變成可以確定最終位置的本徵態,著名物理學家愛因斯坦對於哥本哈根學派的這種解釋十分不屑,愛因斯坦不相信上帝是依靠擲骰子的方式去統治世界,愛因斯坦更加不相信這個世界竟然由概率組成的?於是愛因斯坦提出了一個思想實驗,愛因斯坦要從哥本哈根學派對於微觀粒子、量子詮釋的根本問題上反駁玻爾,我們稱愛因斯坦這個實驗為:EPR詳謬。

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想象在空間中有一個粒子,這個粒子在某種作用下分裂成了兩個小粒子,並且這兩個粒子以相反方向進行運動,自旋是粒子的一種內在秉性,如果從粒子中分裂出的兩個粒子的其中一個自旋是向左,那麼另外一個一定是向右,兩者必須保持守恆,那麼問題來了,假如這兩個粒子以相反方向運動了無限遠的距離,可以是幾十萬光年的距離,那麼在沒有對於這兩個粒子進行觀測之前,我們只知道這兩個粒子的自旋方向一定相反,但是並不知道某個粒子具體的自旋方向,當我們對於其中一個粒子進行觀測的時候,假如這個粒子的自旋是左,那麼另外一個遠在幾十萬光年之外的粒子自旋一定是右,但是問題來了,這兩個粒子是如何在幾十萬光年的距離內保持這種高度的、瞬時的默契呢?根據相對論構建的時空體系,信息傳遞是不可能超越光速的,所以說這種量子之間不可思議的糾纏行為是不存在的。

玻爾與愛因斯坦關於量子糾纏的一場辯論賽:愛因斯坦以慘敗而告終

愛因斯坦不相信這種鬼魅般的超距作用,愛因斯坦認為:兩個粒子之所以能保持這種糾纏,是因為在兩個粒子分裂的一瞬間,它們的自旋方向就已經被決定了,並非是人的觀測行為導致的粒子疊加態坍縮,愛因斯坦使用這個小實驗要從根本上反駁哥本哈根對於粒子疊加態的詮釋。

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而玻爾卻反駁道:微觀粒子的不確定性病沒有錯,超光速的信息傳遞也是不存在的,之所以粒子能夠不受約束的保持這種默契,是因為愛因斯坦搞錯了一個概念:一個粒子分裂成兩個粒子,但是在人沒有對於觀測之前,兩個粒子其實存在處於同一個量子系統之中,它們仍然具有不確定性,也就是疊加態,只有我們對於兩個粒子進行了實在的觀測,兩個粒子才從一個量子系統中獨立出來,變成兩個實在的客體,所以這種超光速的傳遞行為是不存在的,這只是粒子在人觀測後疊加態坍縮後的現象而已。

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玻爾使用微觀粒子的不確定性成功的反駁愛因斯坦的假設,也贏得了這樣辯論賽的勝利,但量子力學中的不確定性與經典物理學絕對論之間的卻並沒有終止,愛因斯坦提出的EPR詳謬的意義也遠遠不是一個思想實驗這麼簡單,因為EPR詳謬是可以通過實驗去證明的,雖然愛因斯坦時代的科技水平達不到這一點,但是在愛因斯坦與玻爾去世後,後人通過先進的科技手段實現了這個在幾十年前提出的思想實驗,而實驗的結果再一次證實了玻爾的論斷,那就是:微觀粒子的不確定性是正確的,微觀世界實際上是建立在概率之上的。

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