虽然早就知道爱因斯坦和波尔之争(Bohr–Einstein debates),以及爱因斯坦提出的 EPR 佯谬(EPR Paradox),即量子纠缠来反驳量子力学违反了光速有限原理。但其实我之前的理解是很肤浅的,EPR 的本质是量子物理完备性和世界的实在性之争。
在波尔提出的哥本哈根诠释(Copenhagen interpretation)中,他将世界区分为微观量子世界和宏观经典世界。认为量子世界不具备实在性(realism),微观粒子以概率函数的形式存在,直到被观测者观测时才会坍缩为确定的状态。注意不是观测发现了粒子,而是观测让粒子显现。概率波不是粒子存在的概率,而就是粒子本身。
薛定谔很不喜欢哥本哈根诠释,于是提出了著名的薛定谔猫(Schrodinger's cat)思想实验。薛定谔试图通过这个思想实验来论证,如果哥本哈根诠释是正确的,那么人们不仅通过观测来确定现实,甚至可以通过观测来塑造历史。如果你观测到一只死猫,那么你可以回溯历史确认那个随机的致命装置被启动过了,而它被启动过的历史在你观测前是不存在的。
爱因斯坦作为量子论的著名反对者,也提出了他的反对意见,这就是 EPR 佯谬。简而言之,两个距离遥远的处于纠缠态的粒子,称之为 A 和 B。当 A 被观测后,B 的状态也会同时塌缩。即使没有观测 B,我们也可以确认它的状态。这就意味着,在观测以前,粒子的状态就已经确定了,这一点就违背了哥本哈根诠释。爱因斯坦因此提出,量子力学只是一种不完备的科学,它的底层存在一些“隐变量(hidden variables)”,这些隐变量符合经典物理,即使没有观测者,粒子也具有物理实在。
EPR 佯谬和薛定谔的猫虽然很精彩,但是都是不可证伪的空想。直到贝尔不等式(Bell's theorem)的提出,首次确立了一个可实验证伪的理论。通过后续实验对贝尔不等式的证伪,证明了现实世界不会同时具备实在性(realism)和局域性(locality)这两个性质。这就意味着爱因斯坦试图用经典物理来解释世界的努力是徒劳的。如果我们认为世界是实在的,那么它就不是局域的,物体可以在遥远的距离上以突破光速的方式相互影响。如果我们不接受局域性,那么这个世界就不是实在的,不被观测的粒子不具有确定的状态。
突然觉得科幻小说都变得合理了,比如《海伯利安》(Hyperion)或《星际穿越》(Interstellar)里的“爱的超距作用”,实际上都是真实存在的😂。
#science