贝尔定理——量子革命的根源,证明超距作用的真实性( 二 )
前面讨论的那篇论文的作者主张采用隐变量法 。他们反对量子力学的概率效应以及纠缠 , 特别是在非常远的距离上 。这种方法被大卫玻姆正式化为一个完整的理论 , 因此也被称为玻姆理论 。
约翰-斯图尔特-贝尔(John Stewart Bell)在1964年为隐藏变量理论的讨论提供了一个可能的解 , 被称为贝尔不等式 。
【贝尔定理——量子革命的根源,证明超距作用的真实性】贝尔不等式
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贝尔不等式主要通过两个例子进行说明:光的偏振和电子的自旋 。我们在这里将主要关注电子自旋的问题 。
因此 , 让我们想象一下 , 100个单线态电子对 , 以某种方式在两个相反的方向旅行 , 没有任何相互作用 。通过它们的单线态配对 , 它们的自旋已经反纠缠在一起 , 如果一对电子中的一个电子的自旋是顺时针的 , 那么另一个的自旋就会变成逆时针的 , 反之亦然 。
现在 , 让这100个自旋 "向上"/顺时针的电子与另外100个电子(自旋 "向下"/逆时针)相距甚远 , 这样 , 两个相互纠缠的电子就不能在合理的时间内交换信息 , 尽管它们是量子纠缠的 。让我们试着给电子分配一个真实的隐藏变量λ , 它定义了沿水平轴或垂直轴测量电子的偏置 。让自旋向上的电子属于爱丽丝 , 自旋向下的电子属于鲍勃(一种命名惯例) 。
爱丽丝和鲍勃 , 现在用S-G磁铁对电子的两种自旋状态进行合理的测量 , 并使其相互间的倾斜度成反比 。现在 , 我们遵循三种不同的情况 。
S-G磁铁是完全反向倾斜的;这意味着两个纠缠的电子会得到相同的结果(因为它们的自旋是反向排列的) 。因此 , 100%的电子将给出相同的结果 。因此 , 所有200个(或100对)电子的结果都是一样的 。
现在 , 让我们把一个SG磁铁的方向稍微偏离另一个(比如说δ=θ°);因此 , 对水平方向有强烈偏向的电子将显示出不同的结果 。在这种情况下 , 假设不同结果的电子数量为N_1 。(即使我们将另一块SG磁铁的方向定为δ=θ° , 保持这块SG磁铁的δ=0 , 显示出不同结果的电子数N_2也是一样的 , 因为SG磁铁之间的相对角度很重要 , 而不是绝对角度 , 因此N_1=N_2) 。)
现在 , 让我们把两个SG磁铁的方向定为δ_1=θ° , 但是方向相反;这意味着 , 按照惯例 , 磁铁-1的δ_1=θ° , 而磁铁-2的δ_2=-θ° 。因此 , 两个SG磁铁之间的相对角度将是δ=δ_1-δ_2=2θ° 。因此 , 与我们的隐藏变量λ相对应 , 产生不同结果的电子数量N不应该大于(N_1+N_2=)2N_1 。
但是 , 这个数字并不符合量子力学的预测 。根据量子力学的计算 , 经过适当的近似 , N_1(=N_2)这个数字应该等于θ^2/4 。而N=(2θ)^2/4=4θ^2/4=4N_1 。但这与我们之前的结果相矛盾 。这一矛盾使得量子力学中不存在实的局部隐变量 。
简而言之 , 这就是贝尔定理 。在数学上 , 这以不等式的形式表现出来 , 在原论文中为:
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现实主义:认为自然界的存在独立于是否有人在见证它 。
局部性:一个图像只受其周围环境的直接影响的原则 , 换句话说 , 没有任何信息或原因可以比光速更快传输 。
尽管我们已经否定了量子力学中真实的、局部的性变量的存在 , 但现在许多物理学家准备牺牲局部性的条件来支持隐变量理论 , 包括约翰-斯图尔特-贝尔等人 。尽管许多实验证实了真实的、局部的变量并不存在 , 但这些实验中存在许多漏洞 , 其结果是任何隐变量的不存在还有待证明或检验 。玻姆力学提供了一个完整的解释 , 基于非局部隐变量的假定存在 。
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