量子糾纏的根源:愛因斯坦與玻爾的世紀大爭論

量子糾纏的根源:愛因斯坦與玻爾的世紀大爭論

在20世紀30年代,愛因斯坦與以玻爾為首的哥本哈根學派,就量子力學的根本問題展開一場曠日持久的大辯論。其中爭論得一個核心問題就是量子糾纏現象。然而,誰也不能說服誰。對於21世紀的物理學來說,夢想就是要將廣義相對論與量子論統一起來。

今天,我們常常聽到一種說法:在這場世紀大爭論中,玻爾是勝利者,而愛因斯坦則是失敗者。其實這種說法可能流於簡單。如果沒有這場大爭論,怎麼會有學者提出隱變量理論,怎麼會提出貝爾l不等式以及以後的阿斯佩克實驗?它們無異議地支持並深化了正統量子力學觀點,同時也開闢了量子信息學等這樣一些有廣大應用前景的新研究方向。

在這場爭論中,出現了不可思議的矛盾現象。要麼正統量子力學違背相對論,要麼違反物理實在性求或決定論。總之,雖然量子力學能對實驗結果提供準確的預言,但它的物理基礎卻是不完備的。這就是著名的“EPR疑難”。

量子糾纏的根源:愛因斯坦與玻爾的世紀大爭論

為了解決這一“疑難”,不少理論物理學家企圖建立量子力學的隱參量理論,他們認為或許迄今為止,決定微觀粒子的決定性行為的隱參量尚未找到,波函數的統計解釋實乃目前一種權宜之計。1964年,在愛因斯坦去世9年以後,英國物理學家貝爾從隱參量存在和定域性成立出發得到一個可供實驗檢驗的不等式,把一個長期爭論不休的理論問題,變成一個可供實驗判決的問題,從而對“EPR疑難”、對量子力學的理論基礎作出了重大貢獻。17年以後,阿斯佩克等人利用糾纏光子對在更一般情況下發現實驗並不支持貝爾不等式而支持量子力學的正統解釋。上述種種成果似乎對愛因斯坦和波爾的爭論有了一個了結,但誰能回答,處於糾纏態中的粒子之間究竟存在一種什麼性質的相互作用?

由此看出,物理過程的時空描述並不是萬能的。隱變量的困境告訴我們量子力學中的躍遷或波函數坍縮顯然不可能是一種時空過程,那麼所謂非時空過程又是什麼?它不受定域場論的約束,可以不遵守相對論,那麼它究竟是什麼?所以“EPR疑難”中揭示的正統量子力學的一些深層次問題依然存在。這令人想起著名理論物理學家費曼的一句名言:“我確信沒有人能懂得量子力學。”

量子力學確實很神奇,由此看來,愛因斯坦、波爾等人似乎並沒有使人們懂得量子力學,而是告訴人們在哪些方面還不懂量子力學。也許在與相對論統一的過程中,人們會看到新量子力學的一線曙光。

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