爱因斯坦向尼尔斯·玻尔和量子论发起的最艰难的一项挑战,是他在1935年构思出来的一个思想实验,通常被称为EPR实验,是以撰写那篇论文的三个人的名字命名的,包括爱因斯坦本人(E)、鲍里斯·波多尔斯基( Boris Podolsky,即P)和内森·罗森(R)。这个想法是简单的,但它的影响却是深远的,导致了量子纠缠(quantum entanglement)这个概念的问世。
玻姆认为量子世界距离不存在——万物皆为连续体戴维·玻姆看待这个问题时,采取了一种完全不同的方法。如果物体不可能隔着一段距离瞬时施加作用,他想,那为什么不把距离完全去掉呢?我们来设想一下,距离实际上并不存在。假设距离这个概念来自我们跟宇宙互动的方式,并不是宇宙的一个基本属性。如此一来,两个相互纠缠的粒子之间没有了距离,看似存在通信也就没有任何问题了。我们可以把它们看成是一个复杂整体的两个方面,而不是被空间隔开的两个真正独立的实体。
玻姆发现,等离子体被暴露在磁场中时,会经历一个不同寻常的效应如今被称为玻姆扩散(Bohm diffusion)。他发现,在某些情况下,电子似乎会失去它们的个性,表现得就好像它们是连接起来的一个整体。等离子体中的电子密度能够像波一样振荡,把这种波分割或者量子化成为准粒子,就好像光波实际上可以量子化成为光子一样。等离体子就是等离子体中这种电子波的量子。
这种情况发生时,尽管电子仍然看似独立,它们表现得好像全都是单一实体的组件,导致了振荡,形成了观测到的波。对于玻姆来说,电子共同行动的这种方式令人着迷,似乎是在暗示,表面上看起来明显无关的粒子集合之上出现了一丝秩序。从这里出发,玻姆将对物理世界建立起一种不同的看法,需要在标准集合之外再引入另一个场。真空种充满了量子位能——看不到的场场这个概念,由迈克尔·法拉第(Michael Farady)在19世纪建立,是一种方式,用来看待不同的物体如何远距离相互影响。我们常说,在物理学中,自然界有4种作用力:引力、电磁力、弱核力和弱核力。人们认为,这些作用力中的每一种,都是通过不可见的无形粒子,从一个地方传递到另一个地方的。举例来说,电磁力就是由光子传递的。(1)距离在量子位能面前,距离毫无意义然而,我们也可以把作用力看成是受到了场的影响,这个场就像是物体在空间中扩散开来的某种不可见的影响力。玻姆提出,还有另外一个场一个我们当时还不知道的场,称为量子位能( quantum potential)它跟基于作用力的场不同,不会随距离的增加而减弱。这个量子位能,解释了粒子表面上能够在很远的距离上相互作用的方式。因为对量子位能来说,距离毫无意义。
(2)笛卡尔对光传播的认识你可以在17世纪哲学家勒内·笛卡尔(Rene Descartes)看待光的方式中,找到一个类似的概念。笛卡尔想解释,光如何能从一个遥远的物体,比如一颗恒星那里,传到我们的眼睛里。他设想有一种看不见的“东西”填满了空白的空间,相当于一个场,他称之为“实空”(plenum)他认为,光是实空中的一种“运动倾向”,会在眼球上施加压力,从而产生出光感。笛卡尔的理论,虽然确实漏洞百出,却往往被视为是现代光学的起点,因为它涉及了光源以及光在其中传播的介质,这是此前从来没有被明确指出过的。如果笛卡尔是对的,那就意味着光不得不在一瞬间,就从源头移动到眼球。就好像有一个巨大的、不可见的台球杆,从恒星一路延伸到看那颗恒星的眼睛。当恒星推动台球杆的一端时,另外一端立即推压眼睛。光不需要任何时间就能抵达,因为实际上,它一下子就出现在了沿途的所有地点。
(3)真空中充满了量子位能实际上,笛卡尔认为那根“台球杆”,也就是他的实空,由大量细小、坚固、不可见的小球构成。他设想所有的空间都被这些微小的球填满。对一个小球施加压力,应该会在成百上千万个其他小球中传递,最终抵达它的目的地。这些小球的作用,就好像有一个单一物体将因和果连接了起来。在玻姆的图景中,这个粗糙的小球集合变成了量子位能。
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