近期热门的精选读物《第一推动丛书·弦理论之争系列》,幽默有趣非常动人!(2)
2023-07-21 来源:旧番剧
贝尔在1964年就有过这种设想,但当时的技术还不足以完成这样的实验。到了20世纪70年代早期,技术上的障碍消除了。先后有很多人都做过这个实验,最早的有伯克利的斯图尔特·弗里德曼和约翰·克罗萨,紧接着有得克萨斯州农工大学的爱德华·福莱和兰德尔·汤普森,这个实验在20世纪80年代早期通过法国的艾伦·埃斯拜科特和他的同事们的工作得以完善,后来又涌现出了很多更为精练及令人印象深刻的版本。我们以埃斯拜科特的实验为例,两个探测器间隔13米之远,装有高能量态的钙原子的容器放在它们之间。根据已经非常成熟的物理学知识,当钙原子回到正常状态,即较低能量状态时,将会射出两个背对背的光子,其自旋具有完美的关联性,就像我们先前讨论过的电子之间的自旋关联一样。确实,在埃斯拜科特的实验中,只要这两个探测器的设置一样,两个发射出的光子的自旋就会表现出完美的关联。
如果我们还用发光来说明埃斯拜科特的实验,发红光对应顺时针的自旋,发蓝光对应逆时针的自旋,那么入射光子将会使探测器发出相同颜色的光。
但是,这正是关键之处,当埃斯拜科特查看多次运行之后所得出的大量实验数据时——左右探测器的设置并不总是一样的,而是随机且各自独立设置的——他发现两个探测器彼此符合的概率并没大于50%。
这个结果令人异常震惊,这就是那种令人惊讶到不能呼吸的结果。但为防止没说清楚,让我再来进一步解释一下。埃斯拜科特的实验结果表明,爱因斯坦、波多斯基和罗森等人的想法被实验——不是被理论,不是被思考,而是被自然——证明为错误的。而这就意味着,虽然EPR通过论证得出这样的结论:一个粒子可以具有哪些为不确定性原理所禁戒而不能有确定值的物理性质——像绕多个不同轴的自旋——的确定值。但是,在他们的论证过程中存在错误。
但是他们哪儿错了呢?这个嘛,别忘了爱因斯坦、波多斯基和罗森的论证中有一个核心假设:如果你想在某个给定时刻测量某一物体的性质,那么你可以测量空间上距离该物体很远的另一物体的性质,而前一物体总是具有这种性质。他们的这个假设非常简单且合乎道理。你的测量在此地进行,而前一物体在彼处。这两个物体在空间上相距很远,因此你的测量不可能对前一物体有任何影响。更准确地说,既然没有物体比光的速度更快,那么,即便你对某一物体的测量不知何故影响了另一个物体——比如说使另一个物体也做同样的绕选定轴的自旋运动——在这种影响发生之前也会有一个时间上的延迟,这个延迟时间至少得长到光可以穿越这两个物体之间的间隔。但无论是在我们的抽象论证还是在实际验证中,这两个粒子都是同时被探测器探测到。因此,我们通过测量第二个粒子所得到的关于第一个粒子的性质,一定就是第一个粒子实际具有的性质,这一点与我们如何进行测量毫无关系。