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人們常說,電子的雙縫干涉實驗是一個讓人恐怖的實驗。但是,還有一個實驗比電子雙縫干涉更讓人感到害怕,這個實驗就是貝爾不等式檢測(貝爾定理)。


科學誕生以後,唯心主義逐漸退散,因為所有的物理現象都可以有明確的因果關係標定,並且物質與物質之間的聯繫必須是真實而且客觀存在的,這就是經典物理所描述的世界。


在這個世界裡面,如果兩個物體之間沒有聯繫,是不會發生任何作用的,但是量子力學的發展在經典物理的蓋棺定論上打開了一個缺口,這個缺口就是量子糾纏現象。


對量子糾纏現象的解釋,玻爾與愛因斯坦的爭論


同時制備一對自旋方向相反的電子,分別放開在兩地,測量其中一個量子的狀態,則另外一個量子的狀態瞬間也被固定下來。這就是所謂的量子糾纏現象,通俗一點講就是相互糾纏的量子,觸動其中一個,另外一個立刻會感知並且有反應。


當然這種現象是客觀存在的,但是為什麼會造成這樣的現象?愛因斯坦和玻爾的解釋是相反的。


對於絕大多數人的日常生活中,我們有這樣的常識,而且這個常識是非常顯而易見的,兩個聯動物體之間肯定有某種聯繫,這就愛因斯坦的觀點。


所以,愛因斯坦認為兩個糾纏量子之間存在著一種相互聯繫的物理量,這個物理量雖然暫時還沒有探測到,但是它是存在的,被稱為隱變量。


但是玻爾所代表的哥本哈根學派認為,這個隱變量是不存在的,兩個糾纏態的量子之間的互動,不需要任何聯繫。


就普通人的觀點上來說,絕大多數人都會站在愛因斯坦這一方。因為如果玻爾的觀點成立,就面臨著這樣一個問題:兩個物體之間的互動,如果不需要聯繫就意味可以跨越時空,存在著超時空的,類似於幽靈一般的作用。

 

再繼續把玻爾的觀點引申,可以認為像算命、對未來的預測,是有可能的。所以如果科學能夠代表確定性和100%因果關聯的話,那麼玻爾代表的哥本哈根學派的觀點是難以忍受的。


愛因斯坦一方堅持說有聯繫,而且這個是隱變量,你也探測不到,那麼這個問題就在這裡拉扯,誰也說服不了誰。


這個時候,有一個愛因斯坦一派的信徒,或者說是崇拜者,叫做約翰.斯圖爾特.貝爾,提出了一個解決方案,用來判定到底隱變量存不存在。這個就叫做貝爾不等式判定。


貝爾不等式判定的背後邏輯


貝爾不等式判定有很多種形式,但是背後的邏輯是一樣的。現在我們通常看到的這個判定式,它是一個比較複雜的形式。之所以寫成這個比較複雜的形式,是因為這個形式,用來做物理實驗比較容易操作。


實際上,貝爾不等式兩邊是兩個概率,這兩個概率可以相等,也可以左邊大於右邊,也可以右邊大於左邊。如果左邊小於等於右邊,則證明愛因斯坦正確,如果左邊大於右邊,則證明玻爾正確。左右兩邊的概率,分別代表從不同的角度觀察a、b兩個糾纏粒子時得到的統計結果。


為了便於說明,我們現在用兩個不銹鋼的箭頭代表兩個糾纏粒子。


A箭頭向上,B箭頭向下,兩個箭頭之間焊一根鋼筋,把它焊死。如果這根鋼筋是真實存在的,就代表隱變量是真實存在的,不管這個A箭頭怎麼翻轉,A箭頭的指向和B箭頭的指向是永遠相反的。假如這根鋼筋不是真實存在的,A箭頭指向一個方向的時候,B箭頭的指向不一定就是相反的,就有可能晃動。


現在就要問:這根鋼筋是不是真實存在的?


怎麼做這個實驗?只要製造出大量的a箭頭和B箭頭,然後從不同的角度來觀察之間的指向相關性,就能夠判定中間這根鋼筋是不是真實存在,如果是100%相關,那麼這跟鋼筋必然存在,如果存在某種概率上的晃動,就證明這個鋼筋不存在。


因為我們所處的世界是三維世界,有三個相互垂直的法相平面。所以要在每一個平面上面測量幾百個角度的數據,這樣會消耗大量的時間。為了節約時間,做了數學處理,就得到了我們通常看到的這個貝爾檢測不等式。|Pxz-Pzy|≤1+Pxy


貝爾不等式檢測的結果,以及深遠意義


這個實驗需要高精度的觀測,所以它比較難做,在1980年以後才具備比較好的實驗條件。


從上世紀80年代開始一直到最近,這40年的時間裡,一共做了N次的貝爾不等式檢測,所有的結果都判定:愛因斯坦是錯的。


從上面貝爾檢測背後的邏輯,我們就可以看到,這個檢測是不帶有任何預設前提的,也不帶有任何物理量的選擇,只是觀察物質運動的情況,因而它是超越物理規律的,是絕對公正的。


只要這個實驗沒有漏洞,那麼,物質聯繫的客觀實在性就被判死刑。進一步可以引申為,客觀實在並不存在。這就是貝爾不等式檢測,比電子雙縫干涉實驗更恐怖的地方。


牛頓力學告訴我們,力是改變物體運動的方式,但是量子糾纏告訴我們:物體運動方式的改變,可以不需要任何力,不需要任何聯繫。


經典物理學告訴我們,萬物在力的支配下運動,不受人類的客觀意志的影響,即使我們不看月亮,月亮仍然存在。


貝爾不等式檢測告訴我們,人類的觀察可以影響物質的運動,而不需要任何力的推動。如果我們不看月亮,月亮有可能不存在。


那麼,在人類誕生以前,世界是不是真實存在的?還是一片混沌?抑或萬物皆由心生?

 

 

 

作者:華箋流香
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相關參考文章:量子物理史話

 

 

 

 

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