發布時間:2025-10-27閱讀(1)
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想象這對粒子是電子,它們具有稱為自旋的量子特性,使它們像小磁鐵一樣工作。如果我們測量電子的這種自旋,我們總是會發現它指向一個方向或相反的方向:例如向上或向下。現在,我們可以想象兩個電子糾纏在一起,它們的自旋總是指向相反的方向。如果電子1自旋向上,則電子2必須自旋向下,反之亦然。這兩個自旋被認為是相關的,就像一副手套,如果其中一個是右手,另一個必須是左手。
假設我們以這種方式糾纏兩個電子,在我們進行測量之前,我們不知道哪一個電子是自旋向上的,哪個是向下的。如果我們發現電子1自旋向上,我們知道電子2的自旋一定是向下的。這并沒有什么奇怪的,因為我們可以用手套做同樣的事情。我們可以將手套放在兩個包裹中,其中一個郵寄給Alice,另一個郵寄給Bob。當Alice打開包裹發現是右手手套時,她知道Bob一定是左手手套。 愛因斯坦在1935年與波多爾斯基和羅森合作,提出了這樣一個思想實驗,它被稱為EPR悖論。他們這樣做并不是為了展示量子力學有多么奇怪,而是為了表明量子力學可能是不完整的。在這個實驗中,似乎通過對粒子1進行測量,觸發一些影響粒子2自旋的效應。根據量子力學,這會立即發生,另一個粒子不需要時間就會感受到這種效應。但這是不可能的,因為愛因斯坦20年前的狹義相對論說,沒有任何影響可以傳播得比光速還快。
正因為這個原因,EPR推斷,量子物體屬性的整個概念在有人測量它們之前是沒有意義的。他們認為一定有某種隱藏變量,它始終固定自旋的方向,并且我們實際上無法測量這些變量來找出自旋的方向。根據EPR,這些隱藏變量必須存在。所以,他們發現的被稱為糾纏的現象似乎在量子力學的邏輯上開了一個漏洞。但玻爾等其他人則認為愛因斯坦錯了,玻爾說沒有隱藏的變量,而糾纏似乎在粒子之間產生了這些奇怪的相關性,只是我們不得不接受的事實。
它涉及在一對糾纏粒子上一次又一次地運行實驗,而實驗者自己每次都準確地改變他們進行這些測量的方式。然后,我們會查看在進行這些更改時測量結果之間的相關性有多強。貝爾證明,量子力學預測這些測量結果中的統計相關性比任何隱藏變量理論都強。當1970年代由加州大學伯克利分校的物理學家約翰·克勞瑟和斯圖爾特·弗里德曼首次在實驗室完成貝爾的實驗時,他們表明沒有隱藏變量的跡象。在隨后的幾年中,量子力學的這一方面已經一次又一次地被證明是正確的。
一旦物體糾纏在一起的,從某種意義上來說,它們是單個物體的兩個部分。在量子力學中,物體由波函數描述:數學表達式封裝了關于物體的所有信息。如果我們將兩個粒子糾纏在一起,它們就會被單個波函數描述。而且,由于兩個糾纏的物體被相同的波函數描述,從數學上講它們是同一個物體。如果我們對其中一個粒子做某事(比如測量),那么波函數就會被改變,我們也就理所當然的改變了另一個粒子。 |
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