爱因斯坦错了吗

时间:2015-09-29 15:45:02 

在爱因斯坦的头脑里,制定日月星辰运行规律的上帝一定是一个有花白头发的老人,他经常称之为“老头子”。

这当然不是某种真实存在的人格化的神明,在爱因斯坦的心目中,上帝指的是斯宾诺莎的上帝,是自然规律的化身。多次明确表示过自己无神论者身份的爱因斯坦和当时大多数的欧洲人一样,习惯把“上帝”挂在嘴边,其中最有名的一句,或许就是:“上帝不是在掷骰子。”——这句话在很大程度上表达了爱因斯坦对于量子力学的态度。

最近,一篇尚未通过同行评审正式发表的论文使爱因斯坦又一次上了许多科学媒体的头条,这有关量子力学的本质,也有关爱因斯坦对于量子力学的态度。长久以来,这位相对论的发现者一直是以反对量子力学的形象出现的,他坚持认为量子力学有其自身的不完备性。而这篇论文利用一个漂亮的实验证明了量子力学中或许是最令人迷惑的现象——量子纠缠现象——恰恰存在着最令爱因斯坦感到困惑的“鬼魅般的超距作用”,这是量子力学的又一次胜利。

但是,爱因斯坦真的错了吗?

2015年8月24日,荷兰代尔夫特科技大学的物理学家罗纳德·汉森(Ronald Hanson)与合作者们共同在网上提交了一篇论文《利用相隔1.3公里的电子自旋纠缠无漏洞实验对贝尔不等式的破坏》(Experimental loophole-free violation of a Bell inequality using entangled electron spins separated by 1.3km)。这篇论文迅速吸引了物理学界,进而是世界媒体的关注,《自然》(Nature)杂志更是针对这篇论文专门撰写了一篇介绍性的文章。

量子纠缠现象是量子力学中最核心也最令人难以理解的现象,不同物体的某种性质之间一旦形成某种“纠缠态”,那么它们之间无论相隔多远都会产生瞬时的相互影响,这种瞬时作用显然违反了相对论(相对论描述宇宙中最快的速度是光速),因为如此,爱因斯坦认为量子纠缠现象证明了量子力学的不完备性。

20世纪60年代,爱尔兰物理学家约翰·贝尔(John Bell)提出了著名的“贝尔不等式”,这个不等式成为判定爱因斯坦所主张的“定域隐变量理论”与量子力学非定域性孰是孰非的关键。从1981年开始,不断有物理学家通过实验验证贝尔不等式,每一次都是量子力学的非定域性取得胜利,看来,量子纠缠确实是一种超距作用。尽管如此,因为量子纠缠实验对于精度要求很高,每次实验总会存在一些漏洞,为定域隐变量理论留有一丝余地。

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