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爱因斯坦与玻尔的量子观分歧:为什么量子不能被克隆

时间:2023-11-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:他们的分歧在于,爱因斯坦认为电子的自旋态就好像一个人的性别,是一个确定的、客观实在的属性。左边爱因斯坦,右边玻尔,中间是贝尔不等式法官接下来,我们就可以来数数了。也就是说,假如爱因斯坦的“上帝”是那个不掷骰子的慈祥老头子,那么贝尔不等式就是他给这个宇宙所定下的神圣戒律,两个分离后的电子绝不能违反这个戒律。

爱因斯坦与玻尔的量子观分歧:为什么量子不能被克隆

请回想一下上一章我们讲过的内容。科学家们在实验室中已经发现,每当我们用偏振器测量电子自旋态时,我们会发现它在某一个方向上只有两种可能。也就是说,一个电子,要么能通过上偏振器,要么能通过下偏振器。这个实验已经做过了千百次,结论是板上钉钉的,爱因斯坦玻尔谁都不反对。

他们的分歧在于,爱因斯坦认为电子的自旋态就好像一个人的性别,是一个确定的、客观实在的属性。也就是说,电子的上自旋、下自旋就好像一个人是男人还是女人一样,是确定的。虽然有可能被改变,但在一个固定的时刻,它总是确定的。

但是玻尔却认为,电子的自旋态与人的性别大不一样,它不是一种客观实在的属性,也就是说,一个电子在被测量之前,它可以同时处在上自旋和下自旋的叠加态中,只要不去测量,我们就永远不能说清楚电子的自旋态到底是上还是下。只有在通过偏振器的那个瞬间,它的自旋态才是确定的。

现在,就要轮到贝尔不等式来充当法官了。让我们来假设爱因斯坦是对的,电子的自旋态就好像是人的性别、年龄一样,是一种客观实在的属性。那么,我们就可以把上自旋的电子看成是男性,下自旋的电子看成是女性,左自旋的电子看成是成年人,右自旋的电子看成是小孩,前自旋的电子看成是戴眼镜的,后自旋的电子看成是不戴眼镜的。

左边爱因斯坦,右边玻尔,中间是贝尔不等式法官(www.xing528.com)

接下来,我们就可以来数数了。我们利用爱因斯坦在上一章中想出来的那个EPR实验,不断地产生很多很多的电子对,然后呢,我们就来数一数有多少个小男孩电子,有多少个戴眼镜的成年人电子,有多少个戴眼镜的男性电子。

假如数出来的数量符合贝尔不等式,那么就证明了电子的自旋态确实就好像人的性别、年龄一样,是一种客观实在的属性;如果不符合贝尔不等式,那就说明爱因斯坦错了,玻尔是对的,电子的自旋态不是客观实在的属性,叠加态这种很奇特的现象确实存在。

这里我要特别说明的是,贝尔不等式是用严格的数学手段推导出来的,数学是凌驾于物理学之上的规律。这个贝尔不等式在EPR实验中的含义是说:如果两个电子是在分开的那一瞬间就已经决定了自旋的方向的话,那么我们后面的测量结果必须符合贝尔不等式。也就是说,假如爱因斯坦的“上帝”是那个不掷骰子的慈祥老头子,那么贝尔不等式就是他给这个宇宙所定下的神圣戒律,两个分离后的电子绝不能违反这个戒律。其实这根本不是敢不敢的问题,而是这两个电子在逻辑上根本不具备这样的可能性。

电子的测量结果必须符合贝尔不等式

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