EPR物理學(xué)悖論

EPR悖論（或愛(ài)因斯坦-波多爾斯基-羅森悖論）是一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，旨在證明量子理論早期公式中的內(nèi)在悖論。它是量子糾纏最著名的例子之一。悖論涉及根據(jù)量子力學(xué)彼此纏結(jié)的兩個(gè)粒子。根據(jù)哥本哈根量子力學(xué)的解釋，每個(gè)粒子在被測(cè)量之前都處于不確定的狀態(tài)，此時(shí)粒子的狀態(tài)變得確定。

在同一時(shí)刻，另一個(gè)粒子's狀態(tài)也變得確定。這被歸類為悖論的原因是它似乎涉及兩個(gè)粒子之間以大于光速的速度進(jìn)行通信，這與阿爾伯特·愛(ài)因斯坦的相對(duì)論相沖突。

悖論's起源

悖論是愛(ài)因斯坦和尼爾·玻爾之間激烈辯論的焦點(diǎn)。愛(ài)因斯坦對(duì)玻爾和他的同事們正在開發(fā)的量子力學(xué)并不滿意（具有諷刺意味的是，基于愛(ài)因斯坦開始的工作）。愛(ài)因斯坦與他的同事鮑里斯·波多爾斯基（Boris Podolsky）和納森·羅森（Nathan Rosen）一起開發(fā)了EPR悖論，以此來(lái)表明該理論與其他已知的物理定律不一致。當(dāng)時(shí)，沒(méi)有真正的方法來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所以這只是一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)或gedankenexperiment。

幾年后，物理學(xué)家大衛(wèi)博姆修改了EPR悖論的例子，使事情更加清晰。（提出悖論的原始方式有點(diǎn)令人困惑，甚至對(duì)專業(yè)物理學(xué)家來(lái)說(shuō)也是如此。）在更流行的Bohm公式中，不穩(wěn)定的自旋0粒子衰減成兩個(gè)不同的粒子，粒子A和粒子B，朝向相反的方向前進(jìn)。因?yàn)槌跏剂Ｗ拥淖孕秊?，所以兩個(gè)新粒子自旋的總和必須等于零。如果粒子A有自旋+1/2，那么粒子B must具有自旋-1/2（反之亦然）。

同樣，根據(jù)哥本哈根對(duì)量子力學(xué)的解釋，在進(jìn)行測(cè)量之前，兩個(gè)粒子都沒(méi)有確定的狀態(tài)。它們都處于可能狀態(tài)的疊加中，具有正旋轉(zhuǎn)或負(fù)旋轉(zhuǎn)的相等概率（在這種情況下）。

悖論's意思是

這里有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)讓人感到不安：

1. 量子物理學(xué)說(shuō)，直到測(cè)量時(shí)刻，粒子不具有確定的量子自旋，但處于可能狀態(tài)的疊加狀態(tài)。
2. 一旦我們測(cè)量粒子a的自旋，我們肯定地知道我們從測(cè)量粒子B的自旋得到的值'。

如果你測(cè)量粒子A，看起來(lái)像粒子A'量子自旋得到"設(shè)置"通過(guò)測(cè)量，但某種程度上粒子B也立即"知道"它應(yīng)該采取什么旋轉(zhuǎn)。對(duì)愛(ài)因斯坦來(lái)說(shuō)，這明顯違反了相對(duì)論。

隱藏變量理論

沒(méi)有人真正質(zhì)疑第二點(diǎn);爭(zhēng)議完全在于第一點(diǎn)。Bohm和愛(ài)因斯坦支持另一種稱為隱藏變量理論的方法，這表明量子力學(xué)是不完整的。在這個(gè)觀點(diǎn)中，量子力學(xué)的某些方面必須是顯而易見的，但需要添加到理論中來(lái)解釋這種非局部效應(yīng)。

作為類比，考慮一下你有兩個(gè)信封，每個(gè)信封都有錢。你被告知其中一個(gè)包含5美元的賬單，另一個(gè)包含10美元的賬單。如果你打開一個(gè)信封，它包含一個(gè)5美元的賬單，那么你一定知道另一個(gè)信封包含10美元的賬單。

這個(gè)比喻的問(wèn)題是量子力學(xué)**不起作用一天。就金錢而言，每個(gè)信封都包含一份特定的賬單，即使我從來(lái)沒(méi)有去看它們。

量子力學(xué)的不確定性

量子力學(xué)的不確定性并不代表我們?nèi)狈χR(shí)，而是根本缺乏明確的現(xiàn)實(shí)。在進(jìn)行測(cè)量之前，根據(jù)哥本哈根的解釋，粒子實(shí)際上處于所有可能狀態(tài)的疊加狀態(tài)（如Schroedinger's貓思想實(shí)驗(yàn)中的死/活貓的情況）。雖然大多數(shù)物理學(xué)家寧愿擁有一個(gè)規(guī)則更清晰的宇宙，但沒(méi)有人能夠確切地弄清楚這些隱藏變量是什么，或者如何以有意義的方式將它們納入理論。

玻爾和其他人為哥本哈根量子力學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)解釋辯護(hù)，這種解釋繼續(xù)得到實(shí)驗(yàn)證據(jù)的支持。解釋是描述可能的量子態(tài)疊加的波函數(shù)同時(shí)存在于所有點(diǎn)。粒子A的自旋和粒子B的自旋不是獨(dú)立的量，而是由量子物理方程中的相同項(xiàng)表示。在對(duì)粒子A進(jìn)行測(cè)量的瞬間，整個(gè)波函數(shù)折疊成單個(gè)狀態(tài)。這樣，就不會(huì)發(fā)生遙遠(yuǎn)的交流。

Bell's定理

隱藏變量理論棺材的主要缺陷來(lái)自物理學(xué)家John Stewart Bell，即所謂的Bell'定理。他開發(fā)了一系列不等式（稱為Bell不等式），它們表示如果粒子a和粒子B的自旋的測(cè)量值沒(méi)有纏結(jié)，它們將如何分布。在實(shí)驗(yàn)之后的實(shí)驗(yàn)中，Bell不等式被違反，這意味著量子糾纏似乎確實(shí)發(fā)生了。

盡管有相反的證據(jù)，但仍然如此我支持隱藏變量理論，盡管這主要是業(yè)余物理學(xué)家而不是專業(yè)人士。

由Anne-Marie Helmenstine編輯，博士。