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与量子纠缠有关的实验,你知道几个?

物理实在观的研究,曾经引发了爱因斯坦等人提出EPR佯谬,今天的我们知道,对这个佯谬的研究让我们对量子力学进行了深入的思考。

这个佯谬涉及到了微观世界的实在性的思考,在这个佯谬中最重要的一条判据就是:如果测量的对象是两个不再发生相互作用的体系,那么对其中一个的任何操作或一个体系的任何演变都不会影响到另一个体系,不会对另一个体系发生物理实在性的改变。这也叫做“定域性假设”,定域性与实在性的关系已经被后来检验贝尔不等式实验验证,比如阿斯派特克实验等。

定域性源于相对论中物质、能量和信息传递的极限速度是光速,有因果关系的两个事件全被限制于各自光锥之中,光锥以外的发生的事件不能与原点事件发生物理上的因果联系,实在性非常自然地包含在经典物理之中,往往不需要我们拿出来讨论,默认为这种条件就是满足的,但是在量子物理里面,实在性遭受到了严峻的挑战。客观实体的各种属性本来是存在的,只要测量它便会反应出相应的属性的数值形式,虽然测量一定程度上会改变原来状态,但是我们能通过增强仪器的精密度和操作的规范性,使误差降到最小,这些状态虽然会受到测量的影响,可它不能无中生有地创造一些状态,我们只是把已经存在的东西拿出来展现在人们面前而已。

量子力学实验表明,如果实在性成立的话,那么量子力学就是非定域的,而如若定域性存在,量子力学就不是实在的,从实验结果可以知道,如果两个系统的状态是确定的,那么它们以超过光速的某种信息来传递相互作用,如果两个系统总的状态已知,物理实体保留了定域性,那么这两个系统在类空间隔范围内测量之前一定是未知的、不确定的,也就是不满足实在性,测量后就会发生波函数坍塌。

在1935年,爱因斯坦与波尔多尔斯基、罗森三人联合发表了《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗》一文,文中提出了历史最著名悖论之一的佯谬,这场论战出现高峰。佯谬基于以下假设:

2.在自然界中存在着不依赖于人的意识而独立存在的物理实在,如果不对物理体系作出任何形式的干扰,一定能精确地预言一个对应的物理要素的物理量值,而且任何客观存在的物理实在都能存在这样的对应,在一个统一的理论中能给出一个确定的物理量。

3.自然不存在超距作用,光速是宇宙中的极限速度,任何相互作用的传递速度不可能大于光速。

在爱因斯坦-玻尔论战的过程中,实验物理学家也在加快脚步验证两人的观点到底哪个是正确的,其中最重要、最著名的就是贝尔不等式的提出与验证,它基本上证实了爱因斯坦的定域的、决定论性的隐变量理论是不正确的。

关于贝尔不等式的实验论证,自从1972年以来公布了九个关于贝尔不等式论证的实验数据,其中有7个与量子力学相符,它们分别是:

(2)1973年与做的关于“汞198原子跃迁过程中辐射的低能光子”的实验,被证明与量子力学不符。

(3)1976年做的关于“汞202原子与跃迁过程中辐射的低能光子”的实验,被证明与量子力学相符。

(4)1976年和做的关于“汞202原子跃迁过程中辐射的低能光子”,被证明与量子力学相符。

(5)1974年、与做的关于“电子与正电子湮灭放出的高能光子(γ射线)”与量子力学不符。

(6)1975年、和吴健雄做的关于“电子与正电子湮灭放出的高能光子(γ射线)”与量子力学相符。

由于7个与量子力学相符的实验是在改进另外两个的基础上做的,精度也比另外两个要高,并且实验误差不可能增加两个粒子的关联程度,所以我们认为实验结果是肯定的,量子力学的预言是正确的,爱因斯坦的隐变量理论与实验不符。还有人从贝尔不等式理论着手试图推翻这个理论,比如隐变数的存在对于体系的稳定性会有什么影响,还有几率分布密度的存在对测量会有什么影响等,不过这些对贝尔不等式的形式修正不大,对整个大局影响不大。

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