30.关于EPR的一个新视角
如果昨天的天气预报说今天有80%的机会下雨，而今天下午已经到了而且是晴天，那么这个预报错了吗？不确切，因为有20%的机会不下雨，如果确实不下雨我们就能出去一会儿——我们毕竟继续旅行了——但我们难能说预报是错的。或许，会误导。
如果电视预报说有80%的概率下雨，而无线电广播说下雨的概率只是70%又怎么办呢？如果实际上没有下雨，虽然二者在支持下雨上有差异，那么意味着无线电广播的预报比电视的预报更正确一点吗？
为了估价一个天气预报员的功过，你必须保留一份记录表。如果预言80%概率下雨的机会有20天，而实际下雨的日子只有12天——60%——你将有理由认为天气预报员系统地过高估计了有雨的机会，并且你能恰当地得出结论说：提出下雨判断的理论机制无论如何是有缺陷的。
在一个重要的方面，检验量子力学可能比检验天气预报更早，因为在基础物理学中，一遍又一遍地准确重复同一个实验是可能的。这提示检验概率判断的一个比较可控方法，以致一次80%有雨的判断，其发生的理由可能完全不同于另一次80%有雨的判断。因此，即使你发现天气预报有系统的错误要想从进入判断的所有各种变量和未知因素中整理出正在陷入错误的东西，几乎是不可能的。另一方面，在量子力学中你能反复地建立相同的条件，以期待控制和检验特殊的假定或理论要素。
原则上，无论如何，寻找一种系统阐释关于基本实在性质之假定的方法，以及设计一些能检验不同假定的实验方法——简言之，这意味着通过一系列重复实验以将获得不同的概率判断——占用了物理学家们很长的时间。只是在1964年，约翰·贝耳才有可能看见穿过假说和解释之丛林的一条路，并以实验上可检验的方式对其有所揭示。这是做这样的实验之技术成为可行之前20年的事。在爱因斯坦、玻多耳斯基和罗森已经系统地陈述了他们的“悖论”之后，特别是在戴维·玻姆藉助于电子自旋测量已经改写了这个难题之后，物理学家将注意力集中在两个特别简单的事例上。
在原型例子中，你在同一方向上测量两个电子的自旋。在那种情况下，例如你发现一个电子“朝上”，那你立即知道对另一个电子的类似测量将显示它是“朝下”的。或者，如果你测量得到一个是“左”，那么另一个就是“右”。
这样的结果提供一种处置假想的确定性的态度。因为一个自旋测量完全地并且毫不含糊地决定着另一个自旋，这是容易想象的，如果你这样想，实际上两个测量不知怎么从一开始就是预先命运注定的。“隐变量”构想好像理想地适合于说明这样的事例，因为结果的确定性似乎暗示，测量结果不知怎么从一开始就可能隐含在电子的隐蔽的特性中。(www.xing528.com)
二择一，你可以成直角地安装两个斯特恩—革拉赫磁铁。在这种情况下，这两个测量结果是独立的。如果你测量第一个电子自旋是朝上的，那么你知道第二个电子自旋必然是朝下的。但是如果你用一个水平斯特恩—革拉赫磁铁测量第二个电子，那个明确朝下的状态就转变成一个不确定的“半左、半右”状态，所以第二个电子自旋测量对两种方式的随便哪种都有一个相等的发生机会——对于一个孤立的电子你照样什么也不知道。这个EPR实验翻版似乎不能使你进入感兴趣的领域。这恰好是量子不确定性的另一个例子：测量一个东西你就对另一个完全无知。
但是，约翰·贝耳想象，你把你的两个斯特恩—革拉赫磁铁安置成某个中间角度，以致他们即不严格地排成一行也不成直角，这又将如何呢？我们假定，第一个电子穿过垂直磁铁，出现自旋朝上，以致第二个电子必定处在自旋朝下的状态。现在如果这个来自垂直磁铁的自旋朝下的电子，通过一个安置成45°角的斯特恩—革拉赫磁铁会发生什么呢？只能有两种可能的结果：电子必定出现在由磁场规定的两个方向之一中，这两个方向我们称为北极和南极。但是这两个结果的概率是不相等的。
这并不会令人惊奇。处于自旋向下状态的电子应该显现，以100%的概率通过一个垂直的斯特恩—革拉赫磁铁的下路径，并且以50%的概率通过斯特恩—革拉赫磁铁或左或右的路径。对于磁铁安置成某个中间角度，这两个结果的概率自然是在这两种极端之间的中间值。为了计算准确的答案，要求你对量子力学的理解比我们这里所提及的东西略多一些。但本质上它只是一个三角问题。事实上，一个正在通过以东北—西南角度安置的磁铁的电子大约有15%的机会出现在东北，并且相应地有85%的机会出现在西南。
贝耳的洞察力在于认识到这是一个潜在的中间情况。第一个电子的朝上状态的测量的确并不确切地告诉你第二个电子的东北—西南测量结果将是什么，但两者都不使它完全随机地以概率各半的结果离你而去。我们要注意的是第二个电子的测量，它是概率的（因为两个结果都是可能的）但它也受第一个电子测量的影响（因为这两个结果的概率是不相等的）。
然而，为理解EPR实验中非整列磁铁的构想怎么能用于研究量子力学的内部作用而导致略多一点的工作，贝耳的创造力使他归之于一个数学定理，它把这类测量结果与爱因斯坦的惯用语“物理实在要素”的假定连接起来，并导致了对实验中的两个电子交换了什么信息——如果有的话——的一个更深的了解。他的定理是深奥的但也是简单的，本质上它是高中代数学的一部分。
现在，如果高中代数的祈求足以使你惊恐，那么在下一节那些神秘的和奥妙的东西正在进入你的旅途，我们改变措辞说它：贝耳定理能被理解，只要你有能力去做数字的加法和乘法。为理解这个结果是很值得付出适当努力的。你如何去获得一个在20世纪伟大物理学家们一直扬帆航行的水上划船的机会？
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