DSC第一季高清 解读贝尔不等式, 波尔与爱因斯坦对于量子力学不笃定性的终极裁决者!

1935年，在普林斯顿的顶尖学术殿堂高档征询院内DSC第一季高清，一位科学界的巨星爱因斯坦联袂博士后罗森与征询员波多尔斯基，共同完成了一篇划期间的论文——《物理的确的量子力学形色能否被以为是完备的？》。这部文章在5月份的《物理驳倒》上登出，开启了一段历史性的学术对话。

在这篇论著中，爱因斯坦针对哥本哈根家数的领头东谈主玻尔，提议了着名的EPR悖论，对量子力学的解释发出挑战。两位科学威声间的较量，自1920年起便拉开帷幕，直至1955年爱因斯坦活着，陆续了足足35年。爱因斯坦深信，所谓的巧合性不外是东谈主类判辨才智的局限性所形成的表象。他眼中的当然，万物齐有其法则可循，哥本哈根家数以为的微不雅寰球概率波波动，诚然标明了物资存在不笃定性，但这种不笃定性雷同领有踏实、客不雅的法则，不以东谈主的意志所升沉。东谈主类对的确寰球的领路，终究无法取得完全的笃定性。

是二东谈主才略论的压根不对——才略论，关乎东谈主们意识寰球、纠正寰球的方法——引颈了两位科学伟东谈主的争辩。

EPR之争源自于海森堡提议的不笃定性旨趣和量子力学的概率解释。海森堡通过对笃定原子磁矩的实验分析，证明了测量原子穿越偏转所费时候的加多，能量测量的不笃定性就会减少。结合德布罗意连络，海森堡得出了着名的不等式——你不可能同期知谈一个粒子的位置和它的速率，粒子位置的不笃定性势必大于或等于普朗克常数除以4π（普朗克常数，一个物理常数，用以形色量子化、微不雅下的粒子）。

海森堡进一步指出，要准确测量粒子的位置和速率，可想而知的才略是使用光波映照粒子。部分光波被散射开，从而指明了粒子的位置。但笃定粒子位置的精准度受限于光波的两个波峰间距，因此需要用短波长的光进行测量，这却意味着需要用到一个以上的光量子，而量子的扰动又会调动粒子的速率，形成测量的不准确性。

海森堡得出论断：能量的准确测量只可通过对时候的测量来已矣。也即是说，你对粒子位置的测量，势必影响你对粒子动量的精准测量。

薛定谔则在1926年从经典力学的哈密顿-雅可譬如程启航，诓骗变分法和德布罗意方程，推导出了着名的薛定谔波动方程，一个非相对论的方程，以希腊字母ψ代表波的函数，其最终相貌为：

这个方程，即名震20世纪物理史的薛定谔波动方程。薛定谔方程的初志是反击量子力学，却成为了量子力学的基石之一。在量子力学中，体系的现象不取决于力学量（举例x）的值，而是由力学量的波函数Ψ（x，t），即波函数来决定，因此波函数成为了量子力学征询的中枢。力学量取值的概率散布如何，这个散布随时候如何变化，这些问题都不错通过求解波函数的薛定谔方程得到解答。

随后，玻恩提议了概率幅的观念，告成地解释了薛定谔方程中波函数的物理意旨。

连络词爱因斯坦对海森堡的不笃定性旨趣及量子力学以统计或概率才略解释波函数，尤其是波函数的非连气儿性坍缩，默示了强烈的不悦。他以为这是由于量子力学主要的形色方法不完备所形成的，从而死心了对客不雅寰球的完备意识，得出不笃定性终结。

因此，爱因斯坦发表了这篇论文。在这篇论文中，他防备证明了EPR悖论，并试图通过一个念念想实验，论说量子力学的不完备性。（EPR代表的是爱因斯坦、波多尔斯基和罗森）

爱因斯坦以为，任何告成的物理表面都必须具备两个条款：一是物理表面必须正确无误；二是物理表面必须给出完备的形色。

因此，这篇论文提议了完备表面的必要条款，即物理的确的每个身分在表面中都应有对应部分，而要鉴识“的确”身分的充分条款应是：不干豫体系就能作念出笃定的推断。这两个判据被以为是判断一种物理学表面告成与否的标准。但在量子力学中，由于测不准连络的终结，对于共轭的物理量，精准地知谈其中一个量就摈斥了对另一个量的精准领路。任何企图在实验上测定后者的尝试，都将调动体系的现象，这又碎裂了前者的学问。

证据完备和“的确”的明确意旨，对于共轭的物理量，在以下两个判断中只可聘用一个：要么以为量子态波函数对的确的形色是不完备的；要么对应于这两个弗成对易的算符的物理量弗成同期具有物理的的确性。总之DSC第一季高清，量子力学的波函数只可形色多粒子组成的体系（系综）的性质，而弗成准确地形色单个粒子的某些性质；但一个完备性的表面应该能形色物理的确（包括单个体系）的每个身分的性质，是以弗成以为量子力学表面形色是完备的。这即是EPR悖论的中枢。

爱因斯坦的这篇论文并莫得质疑量子力学的正确性，而是质疑其不完备性。换言之，他以为这个表面本人存在矛盾，有磨蹭不清之处。由此，爱因斯坦在这两个假定上提议了经典的定域的确论，其中枢是，定域的确论标明，微不雅粒子具有可测量、致密界说的物理的确，不会被在远方区域发生的事件以超光速速率影响。（定域的确论是定域性旨趣和的确性旨趣的结合，定域性旨趣标明，物体只可平直地被毗连区域发生的事件所影响，远方区域发生的事件弗成以某种格外光速的传递方法迤逦地影响此物体。的确论标明，作念实验不雅测到的征象是出自于某种物理的确，而这物理的确与不雅测无关。）

在爱因斯坦论文中的这个实验里，A和B两个粒子在一会儿斗争后，沿相背办法离去。虽然测不准旨趣不允许同期得知每个粒子的位置与动量，但他允许同期精准地测量A和B两个粒子的总动量和他们的相对距离。

这么一来，要是咱们只测量A的动量，再证据动量守恒定律，就不错在B不受干豫和影响的情况下，精准地得知B的动量。

戴维·玻姆版的EPR念念想实验，玻姆将其简化为测量粒子自旋的实验。

这么就能证明B粒子的位置与动量的现实性在对B测量之前是存在的，并不是像哥本哈根那样所以为的在测量之前不存在位置与动量，动量与位置只是是以概率云的相貌存在！

这个念念想实验基于两个相当遑急的假定——定域性假定和有用性假定。

爱因斯坦的这波反击可谓是正中纰谬，直指痛点。而哥本哈根家数掌门东谈主玻尔虽然临了承认了爱因斯坦提议的“现实性”和“A，B之间不存在“力学”的影响”的不雅点。

连络词玻尔并未就此认输，他指出，这个实验中测量A粒子的行径是问题的关节。

玻尔以为，A和B在分开之前曾相互作用，它们将永久行为一个系统的一部分纠缠在全部，弗成视作2个寂寥的系统，因此测量A的动量践诺上等效于对B进行了平直的雷同的测量，这才使得B立即有了完全明确的动量。证据玻尔的证明，要是你测量了其中一个粒子的现象，你就立即知谈另一个粒子的现象，不管它们之间的距离有多远。爱因斯坦以为这是不可能的。

这就引出了着名的“量子纠缠”表面，举一个例子，在微不雅寰球里，两个纠缠的粒子不错超越空间进行瞬时作用。也即是说，一个纠缠粒子在地球上，另一个纠缠粒子在月球上，只有对地球上的粒子进行测量，发现它的自旋为下，那么远在月球上的另一个纠缠粒子的自旋势必为上。

但爱因斯坦坐窝反驳，量子纠缠若何不错让两个粒子超越空间的进行瞬时作用呢？这不即是打破了光速极限了吗？爱因斯坦把这种不错超光速的作用称为“鬼怪般的超距作用”。

爱因斯坦为此也举了一个例子。把一敌手套分手放入两个外不雅完全换取的两个盒子里，打乱之后，就地挑选一个放在家里，而把另一个放到南极洲。倘若我灵通家里的盒子发现为左手套，那么我就同期知谈，远在南极的阿谁盒子里的手套必为右手套。爱因斯坦信托，量子纠缠是一个粒子被分割成两个粒子后形成的纠缠征象，是以它们各自的现象在被分离开的那刹那间就被决定好了！这么一来，量子纠缠就弗成超越光速了。

连络词两个东谈主之间的 EPR 之争直到收尾还是莫得终结，是以在他们逝世之间，如故在争执不断，这个时候，贝尔出现了。

贝尔，虽以表面物理征询而为东谈主所知，践诺上他是加快器狡计工程的群众。出于对物理学的浓厚兴味，贝尔将视野转向了爱因斯坦与玻尔间的热烈辩白。

贝尔赞同爱因斯坦的不雅点，他以为尽管量子力学取得了显耀树立，其表面基础约略只是单方面的，未尝揭示出更广宽、更高深的谈理。在量子力学的深处，可能淹没着一个幕后黑手——即隐变量。

隐变量的不雅念源显示因斯坦，他以为在量子力学中应当加入“的确性元素”，以便解释量子纠缠征象，而无需依赖超距作用，即格外空间距离的即时影响。恰是这一不雅念组成了隐变量的内涵。

贝尔基于定域性和的确性两大旨趣，为分离的两个粒子同期测量时其终结可能出现的连络流程，竖立了一套严格的数学死心——这即是贝尔不等式。

所谓的“贝尔测试”是用来锻练量子寰球中那些奇异征象究竟是由定域隐变量所决定（即粒子性质在测量前已固定），如故由非定域的量子纠缠引起（非定域性意味着可能超越光速传播）。科学家通过寂寥测量不同的纠缠粒子来进行锻练。要是统计终结显现粒子间的连络性超出了一定的上限，那么就无法用隐变量来解释，而这更适合量子力学的预期。

简言之，贝尔不等式揭示了量子纠缠背后是否存在某个未知的新寰球或新征象（隐变量），从而影响粒子间的相互作用，产生量子纠缠这种神奇征象的“外皮表征”。要是贝尔不等式竖立，爱因斯坦便胜出；要是不竖立，玻尔则胜出。

要是贝尔不等式不竖立，就意味着莫得哪一种局域隐变量的物理表面能复制量子力学的通盘推断，换句话说，爱因斯坦等东谈主所盼望的“完备表面”似乎并不存在。

反之，要是贝尔不等式竖立，玻尔辅导下的哥本哈根家数对于量子力学的解读即是正确的，意味着爱因斯坦等东谈主所盼望的“完备表面”是可能已矣的。

贝尔不等式在爱因斯坦与哥本哈根家数之间的玄学争论中，上演了仲裁者的脚色，它将概括的辩白具体化，可操作化，从而为这场旷日抓久的论战划上一个圆满的句点。

考据贝尔不等式的实验其实颇为肤浅，实验者需要生成一对纠缠粒子——频繁是光子，并将它们送至两个不同的实验室，在那儿测量它们的某个特色。要是测量终结一致，那么就标明对其中一个粒子的测量会坐窝影响到另一个粒子的性质，或是测量本人赋予了粒子该性质。反之，要是不一致，那么就证据了爱因斯坦的定域的确论。

连络词，在昔日几十年中，通盘的贝尔测试实验终结都倾向于救济量子力学。但这些实验都存在各式破绽，无法给出一个决定性的裁决。

2016年8月，中国放射了公共首颗量子卫星——墨子号，并运行构建结合公共的通讯收罗。

据《科学》杂志报谈，中国墨子号量子卫星初度已矣了千公里级别的量子纠缠，并以此行为考据贝尔不等式的三大方针之一。中国的这一后果不仅平直证据了量子纠缠的存在，也颠覆了贝尔不等式，捍卫了量子力学的威声地位。

量子纠缠分刊行为考据远距离量子力学正确性和已矣广域量子收罗的关节时候，通过不雅察分隔很远距离的两个纠缠量子的测量终结是否适合贝尔不等式来考据量子纠缠的存在。

爱因斯坦试图将宏不雅力学的才略论应用到微不雅限制DSC第一季高清，但微不雅寰球的实质却远非宏不雅寰球那样充满笃定性。而这种不笃定性，不恰是寰宇的种种性、奥妙性和无限魔力的体现吗？