起源——決定論與非決定論的爭論20世紀二三十年代,在普朗克和愛因斯坦建立的舊量子論的基礎上,發展了以玻爾為首的哥本哈根學派為代表的量子力學,其核心思想是海森堡提出並經玻爾修正完善的測不準原理。這個原理指出微觀粒子的狀態——量子態在自然界是不確定的,並不是因為測量技術的限制。這意味著力學理論無法在物理層面上準確預測微觀粒子!
作為決定論的堅定支持者,愛因斯坦對這壹觀點進行了嚴厲的駁斥,並與以玻爾為首的哥本哈根學派進行了多次激烈的爭論。他有壹句不可理喻的名言:“上帝不擲骰子!”來表達他對決定論的信仰。玻爾做出了毫不妥協的針鋒相對:“不要幹涉上帝的所作所為。”
反對者提出的壹個理論預言是無力用信仰反駁科學理論的,於是愛因斯坦想出各種思想實驗來證明哥本哈根學派量子力學的荒謬,但都被玻爾等人解決了。最後,愛因斯坦、他的同事波多爾斯基和他的助手羅森發表了壹篇論文《量子力學能完全描述物理現實嗎?反駁哥本哈根學派的量子力學。這篇論文後來被命名為EPR論文,有三個人的首字母,他們根據哥本哈根解釋提出了壹個違反狹義相對論的量子現象:
壹對光子是用特殊的方式制造出來的,然後用壹條足夠遠的光路分開,比如1光年。基於守恒定律,同時產生的兩個光子的量子態有壹些關聯,比如自旋方向和動量。即當我們測量其中壹個的某個狀態時,必須同時得到另壹個的相應狀態。如果按照哥本哈根學派的說法,微觀粒子在測量之前並不是以確定的狀態存在,而是在測量之後坍縮到隨機狀態,那麽當我們測量與這壹對量子態關聯的其中壹個光子時,我們就得到它的某個狀態,我們也就知道了壹光年之外的關聯光子的對應狀態。那麽問題來了,如果測量時光子A的狀態是隨機確定的,那麽在壹光年之外的關聯光子B是如何瞬間獲得光子A的狀態,從而選擇坍縮到相應的狀態的呢?這顯然比光還快!
愛因斯坦等人認為,這壹對光子的狀態是在產生的壹瞬間決定的,無論相距多遠,兩者的狀態都不會改變,所以我們可以通過測量其中壹個來同時了解另壹個。愛因斯坦等人提出的這個理論預言相當致命,直接把哥本哈根學派的量子力學推到了狹義相對論的對立面。
玻爾反擊哥本哈根學派大老板玻爾當然不同意愛因斯坦的觀點,但同時又不願意挑戰狹義相對論的正確性。他皺著眉頭想:光子對的狀態並不是在制造的時候就確定的,測量之前甚至連兩個光子都沒有,而是所有可能狀態的疊加,其中包含了產生兩個相關光子的所有狀態。也就是說,在測量時,並不是兩個相關光子的波函數(描述微觀粒子的態函數)分別坍縮,而是壹個波函數的坍縮產生了兩個相關光子。
這樣,玻爾成功避免了兩個光子需要超光速通信的尷尬。所以愛因斯坦發現的這個“佯謬”其實並不是佯謬,後來被稱為EPR佯謬。波函數的提出者薛定諤將他命名為量子糾纏。
可能有同學會問,壹個波函數坍縮成兩個相隔1光年的光子,不是比光還快嗎?但是量子力學就是這麽不合理,因為波函數本身分布在整個空間,波函數在整個空間坍縮,不管坍縮到1光子還是100光子,其實都是壹樣的。如果妳認為坍縮到兩個光子就是超光速,那麽實際上坍縮到壹個光子也會認為妳是超光速!比如單光子波函數的全空間坍縮,妳會問,這個在其他所有可能位置的光子是怎麽知道自己已經坍縮到測量位置的?如下圖所示:
愛因斯坦作為量子理論的創始人,接受了波函數坍縮的過程,因為有實驗依據。他當然不會想到,當薛定諤波動力學描述的波函數坍縮到海森堡矩陣力學描述的光子時,被測光子就要通知其余光子不要出現了...這張照片想想就好笑...
因此,我們可以認為愛因斯坦對玻爾的反擊是不可接受的,但沒有異議。
回顧了量子糾纏的歷史,我們還得回到最開始的問題:量子為什麽會相互糾纏?
答案是:因為守恒。不管動量守恒,角動量守恒還是各自守恒,壹堆相互關聯的微觀粒子的整體物理量壹定是守恒的!
第二個問題:量子糾纏的本質原因是什麽?
答案是:微觀粒子的疊加態。
終極問題:本質上是什麽導致了疊加態?
答案是:我不知道...這是壹個物理事實,我不知道為什麽...
最後壹個建議:不要試圖從邏輯上理解量子力學。
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