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这个人却发现,两位大师吵了半辈子的事,能拿到实验室里去验。验出来的结果,让谁都没能全身而退:玻尔说的"没问题",被证明有问题;爱因斯坦指望的那条出路,也被堵死了。量子世界里,确实存在快过光的关联。
它叫量子纠缠。纠缠是什么,又从何而来?得先回到一个更老的问题:太阳要是突然消失,地球多久才会知道?这个问题看着跟纠缠八竿子打不着,其实是整件事的钥匙。按牛顿的理论,是"立刻"。连牛顿自己都觉得隔空作用荒谬。
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爱因斯坦把这份不踏实变成了硬矛盾。速度不同的人,对两件事谁先谁后会有不同判断,而且各自都对。你看见太阳消失和地球飞走同时发生,高速掠过的观察者却可能看到地球先飞走,太阳还在原地拽着它。结果跑到了原因前面。
他花了很多年重写引力:引力是时空的弯曲,变化像涟漪一样以光速往外传。太阳没了,地球也要过几分钟才有感觉。光速上限说到底不是交通规定,是因果顺序的保险丝。后来爱因斯坦认真看了量子力学,发现这根保险丝被绕过去了。
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在一场群星云集的会议上,爱因斯坦讲了个很短的思想实验:一个电子飞向屏幕,它的"波函数"铺满一大片,打到屏上却只亮一个点。为什么不会过一会儿在别处再亮一下?因为亮起的那一刻,别处的波函数瞬间归零。屏幕再大,这边一测,那边立刻受影响。
他说,这是一种奇特的超距作用。当时说话最有分量的玻尔不以为然。在他看来,物理学只管预言实验室里测到什么,没人看时电子在干什么,这个问题没有意义。可研究这段历史的作家亚当·贝克尔指出,玻尔可能根本没弄懂对方。
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爱因斯坦有个思想实验,关键在一面镜子,玻尔事后画的示意图上,镜子压根不在。偏偏这一回,被当成了玻尔的大胜。爱因斯坦想做的,是当年对牛顿引力做过的事:理论好用,但它非局域、生悖论,那背后一定还有一个局域的理论。
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按量子力学,测量之前,电子同时处在所有可能的方向上,不是"我们不知道",是它真的什么都在做。唯一的约束是正电子永远做相反的那一个。一个定了,另一个跟着定。两个粒子的状态互相依赖,没法被单独描述,这就是纠缠。
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玻尔写了回应,晦涩到后来有人说,其中一句精雕细琢,意思却完全看不懂。大家没看懂,却认定玻尔赢了。更现实的原因是,在EPR实验里两种解释预言的结果一模一样,争哪个对,像争一杯水是半满还是半空。"
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闭嘴,算就行"成了主流。一个普通的年轻研究者,谁敢说自己比玻尔和爱因斯坦都看得清?约翰·贝尔偏不信这个邪。他第一次上量子力学课就质问老师:测量到底指什么?后来他在欧洲核子研究中心做了多年粒子物理,休学术假时终于回头,说:"我一直知道它在等我。"
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可两种解释答案相同,光做这个不够。贝尔加了一个变化:两边实验员各自从三个错开的角度里挑一个来测,看角度不同时,结果"对不上"的频率。局域隐变量那边,好比两个串通好的嫌疑人,分开前把三个问题的口供都写进信封。
贝尔算遍了所有串供方案,无论怎么编,"对不上"的比例都压不到量子力学预言的那么低。这道缝能测。法国光学研究所的阿兰·阿斯佩用纠缠光子做了实验,后人在原地重做,数据和量子力学几乎严丝合缝。
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很多教科书说,这证明了"局域隐变量不存在"。贝尔本人说这是个错误。真正的推理是:假设局域性成立,粒子只能靠局域隐变量协调;局域隐变量与实验不符;所以错的是局域性本身。贝克尔认为,这恰恰说明爱因斯坦担心得对。
会不会因果倒置?会,但很温和。你和朋友各测一个,换个参照系,谁先测、谁导致了坍缩,就会颠倒。真正要命的是超光速发消息,回信可能比来信先到。量子力学靠随机躲开了这一劫:两边结果相关,但各自完全随机,编不进任何信息。
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代价是接受无数个平行的自己。贝尔没等到答案。他突然去世,不知道自己前一年刚被提名诺贝尔奖。去世前几个月,他在日内瓦说:"我不知道有哪种局域性的概念,能和量子力学相容。"这几乎是他在这件事上的最后一句话。
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太阳消失,地球要过几分钟才知道,爱因斯坦为此重写了引力。一对纠缠粒子隔得再远,这边一测,那边就有了答案,他为此争到生命尽头,被人当成一个跟不上时势的老人。
他输掉的是结论,赢下的是问题:纠缠是他最先指出来的,非局域性也是他最先盯住的,只是这两样东西,都没长成他想要的样子。
多世界、哥本哈根、导航波,每一种解释都有人拥护,没有哪一种能让所有人闭嘴。玻尔临终前说,里面根本没有问题。贝尔用后半辈子,把这句"没有问题"拆开,摊在了实验台上。
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