比雙縫實驗更可怕,貝爾不等式檢測,世界真實存在性迎來終極判決

科學誕生的那一天起,人們對世界的認識就出現了翻天覆地的改變,世界上的一切都 存在規律,并且都是客觀存在的。

但是在科學中,有一個部分卻一直在挑戰這一點,那就是 量子力學

曾經科學家為了爭論光的性質,進行了 雙縫干涉實驗,這讓二十世紀的科學家們就像經歷了一場「靈異事件」般,從實驗中看到的 光子的兩種屬性

于是哥本哈根學派的科學家認為實驗包含了量子力學的三大基本原則: 疊加態、不確定性和觀察者效應,但是以愛因斯坦卻不贊同,直接認為光子具有波粒二象性。

雙縫干涉實驗

然而在這之后,出現了比雙縫干涉實驗更恐怖的存在,接下來咱們就來了解一下, 貝爾不等式檢測,為何更恐怖?世界的真實存在性真的迎來最終判決了嗎?

量子糾纏

要了解貝爾不等式檢測,我們首先要知道, 玻爾和愛因斯坦之間,最糾結的是什麼。

其中就涉及量子糾纏,這個概念并不是二者提出的,在愛因斯坦和哥本哈根學派的「斗爭」中,他在1935年提出了著名的 「EPR佯謬」

在其中他抨擊了哥本哈根學派的不完備性,我們知道在雙縫干涉實驗中,一個光子竟然分成了兩份,形成了 A粒子和B粒子,在理論上二者應該具有 相反的自旋方向

在哥本哈根學派持有的觀點中,即便兩個粒子相隔很遠,我們在對其中任何一個粒子進行測量的時候,還是會 瞬間影響到另一個粒子

然而愛因斯坦認為,這完全屬于一種 超距離,因為兩個粒子在分開時的狀態就已經被確定了。

不管是否對粒子進行測量,或者在何時測量都沒有任何關系。

后來薛定諤在看了這篇論文之后,將其中關于哥本哈根學派的觀點,定義為 「量子糾纏」,并給出相關概念。

但是不管是 薛定諤本人,還是愛因斯坦,都會對量子糾纏感到十分不滿,認為它違背了相對論中對信息傳遞所設定的 速度極限

所以愛因斯坦直接諷刺量子力學,是 鬼魅般的超距作用

隱變量理論

后來,愛因斯坦為了解決這一問題,提出了 隱變量理論,試圖代替不確定原理。

愛因斯坦認為,在兩個糾纏的量子中,量子隨機并不是真的具有隨機性,而是具有 更深層的物理機制

也就是說,兩個量子之間存在相互聯系的物理量,只是 暫時沒有探測到,而這個可能存在的物理量,就是愛因斯坦的「隱變量」。

其實在當時的學術環境下,很多人都比較認同愛因斯坦的觀點。

因為在他們看來,科學就是確定的,量子力學中的不確定性,幾乎可以上升到 哲學層面

貝爾不等式檢測

扛起隱變量「斗爭大旗」的,是物理學家 玻姆和數學大神 馮·諾依曼

起初 諾伊曼確實完勝玻姆,但在20多年后,情況又出現了反轉,曾經諾伊曼證明隱變量不存在的實驗,是錯的。

約翰·斯圖爾特·貝爾,將自己標榜為愛因斯坦的追隨者,并且對隱變量十分感興趣。

于是他開始對量子糾纏和隱變量理論進行論證,他認為兩者間的爭論,本質上是 「定域性」和「實在性」的問題。

其中的定域性,就是指,在一定時間內,因果關系只會維持在特定的區域中,所以 沒有超光速信號的存在

而實在性,就是指世界上的真實事物都是客觀存在的, 它的狀態不依賴觀察者

在論文中,他提出了 「貝爾不等式」

貝爾不等式

我們可以看到,貝爾不等式其實是 兩個機率問題,我們可以通過實驗和計算,得到兩邊等式的關系。

等式兩邊的機率,需要我們從不同的角度去觀測兩個粒子間的情況。

另外除了考慮二者的自旋方向外,我們還要考慮到 空間的三維性

所以我們的觀測需要選擇三個方向坐標進行,其中三個坐標軸不需要相互垂直。

基于粒子的自旋方向只有 「+」和「-」,所以對每個粒子來說,就有8種情況,也就會得到以下的結果:

若等式 左邊大于右邊,那麼就證明粒子之間確實沒有固有聯系,所以 哥本哈根學派的觀點正確

若是 左邊小于等于右邊,那麼就證明 隱變量確實存在,所以愛因斯坦正確。

很顯然,在貝爾的不等式中,他認為愛因斯坦是正確的。

實驗證明愛因斯坦錯了

要驗證貝爾不等式,并不是一件簡單的事情,其中 驗證條件的要求很高,基本到20世紀70年代才開始對貝爾不等式的檢測。

第一代貝爾實驗的完成是在1982年, 阿斯派克特、達利巴德和羅哲等人共同進行的。

他們的實驗,是對于由 鈣原子單次躍遷中,同時發射的反向運動的光子,機型偏振測量。(引用)

在實驗中,他們將鈣原子作為 光子對來源,將其激發到一定能級,當它回落是就會釋放一對光子對。

其中需要讓一對光子飛出12米遠,對于光子而言只需要 40納秒

而在這個距離中間,還有一個偏振器會以平均10納秒的速度改變一次方向,由此來測量光子的合作程度。

整個實驗持續3個小時,結果完全符合量子力學理論,而于隱變量理論相差 5個標準方差

在這之后,科學家們不斷升級設備,并且對這樣的實驗結果更加充滿自信。

為了讓該結果變成板上釘釘的事,科學家提出了 檢測漏洞、定域性漏洞和隨機數漏洞等,并據此重復實驗。

在1988年,實驗讓光子飛出400米距離,最終結果和隱變量理論相差 30個標準差。

到2015年,實驗 徹底排除檢測漏洞和定域性,最終結果以96%的置信度符合量子力學。

最后在2016年,在全球選擇3萬人,進行實驗,為的就是補上最后一個隨機數漏洞。

結果顯而易見,實驗最終還是證明量子力學預言正確。

最重要的是,2018年,科學家首次利用 11光年外的星光產生隨機數,進行實驗,最終驗證 量子力學的完備性,這下愛因斯坦徹底輸了。

世界的真實存在性究竟如何?

盡管貝爾不等式在經過幾十年的實驗和驗證下,最終證明在量子力學中不成立。

也就是說,量子力學確實存在 疊加態,存在不確定性,也受到觀察者的影響。

但是在科學中,這難道不是矛盾的嗎?

在量子力學誕生之前,人們的世界觀是 定域實在性的,也就是說二者都存在于客觀世界中。

但是玻爾卻認為,在量子世界中,定域性不存在,而實在性從物理角度上也無法完全確定,在二者之間,我們 只能放棄一個

如果放棄定域性,就意味著超距離的瞬間聯系,屆時世界的 因果可能就會出現顛倒。

比如說原本我打你,你才會疼,是存在 明顯時間順序了,結果現在,這兩者可能同時發生,甚至反轉過來。

而如果放棄實在性,就出現了我看月亮的時候它存在,不看的時候就不存在,這多少有點 唯心主義的觀點在其中了。

除了這兩點,可能來拿 世界的單一性和自由意志也都不能同時存在,所以這就是貝爾不等式檢測更可怕的地方。


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