世紀辯論—玻爾與愛因斯坦,一場關於量子力學的爭論

2020-12-17 甩跟科普

波爾和愛因斯坦在歷史上因為量子力學上的一個知識點,進行了一場世紀辯論,這就是量子糾纏。

在上一篇文章中說過。遇事不決,量子力學?到底什麼是量子力學 在研究光的幹涉現象時,提出了概率波這個概念。光子最後出現的位置是隨機的。其實不僅是光子,像電子、阿爾法粒子、原子團等,都會出現這種現象。那麼根據量子力學的原理來看,我們就沒有辦法同時準確的知道一個粒子的位置和速度。

概率波,運動到哪都有一定的概率。大家想一下,對於我們宏觀世界來說,比如說好多車通過同一條路,根據他們的運動狀態,我們就可以確定它們走到哪和那時候的動量。但是微觀世界就不一樣了,當你看到什麼樣就是什麼樣,這個就叫作哥本哈根詮釋。為什麼呢?現在量子力學也沒辦法解釋,認為這個就是微觀世界固定存在的性質。

就比如說微觀粒子的自旋,我們也解釋不了它為什麼會自旋,但它確確實實在自旋。

波爾認為,由此看來事物本身就是不確定的,都是隨機的,我們看到的是什麼樣子就是什麼樣子。但要是看不到的時候,看到什麼樣都是有一定的概率的。

什麼意思呢?我們用一個裝滿了小孩子的校車來舉例。一輛正在行駛的校車上面載了很多小孩,小孩子淘氣到處亂跑,如果我們這個時候在公路外面看,看的時候就能確定每個孩子所在的位置。但是你看不到的時候,每個孩子的位置都在變化,當你再看的時候,孩子的位置又變了,但是每個孩子出現在每個位置都是有一定概率的。雖然我們不知道為什麼會出現這種不確定性,但是我們可以通過概率進行計算,精準的預測到他到底出現在哪個位置上。

但是這種不確定性卻遭到了一個人的反對,就是愛因斯坦。愛因斯坦認為,事物的本質就是必然的,雖然我們還不知道為什麼我們觀測出來粒子的位置和動量都是不確定的,但是這種不確定性肯定是存在著一些必然聯繫。

什麼意思呢?就比如說考完試換座,看上去是按照成績來排布的,但是你會坐在你同桌的旁邊,很有可能就是老師精心安排的。但是你並不知道這件事,所以在你的觀測來看,就是隨機的、不確定的。

所以在愛因斯坦看來,量子力學就是不完備的。在1935年,愛因斯坦和羅森波多爾斯基合作完成了一篇論文「物理實在的量子力學描述能否被認為是完備的」,試圖去藉助一種現象來描述量子力學的不完備性。這種現象就是後來薛丁格正式發表論文提出的量子糾纏。

那到底什麼是量子糾纏呢?就是兩個暫時耦合的粒子,簡單點說就是暫時發生關聯的兩個粒子相互影響,分開之後仍然保持著這種關聯。

什麼意思呢?我們都知道電子是會自旋的,如果兩個電子發生關聯分開之後,觀測一個電子是向右轉,再觀測另一個電子就肯定是向左轉的。而且在觀測的一瞬間,另一面也會同時變化,無論這兩個電子在哪裡,與他倆之間的距離完全無關。

對於量子糾纏現象,波爾認為量子糾纏就是看到的那樣,觀測到其中一個粒子是什麼樣的,另一個粒子立刻就會產生聯繫,變成什麼樣。但愛因斯坦覺得這沒什麼,就像是兩個手套,一定是其中一個左手,另一個是右手,無論它倆之間隔多遠,一開始就是確定好的。

直達1955年愛因斯坦去世,他也一直認為量子力學是不完整的,那為什麼在愛因斯坦生前沒有進行準確的測量實驗,來證明這個事情呢?因為那段時間是1935-1955年,正是二戰時期,大家都忙著打仗,根本沒有時間來搞科學研究實驗。

後來,哥倫比亞大學的一名學生約翰·克勞澤,建造了一臺可以對上千對糾纏粒子同時觀測的機器。再後來,法國物理學家阿蘭·阿斯佩發展出了一個更精巧的實驗。這兩個實驗都證明了波爾是正確的。

關于波爾和愛因斯坦的世紀辯論就說到這了。其實,量子糾纏的內容非常多,沒有辦法一篇就講完,點讚收藏加關注,我們下期繼續。

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