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玻尔 PK 爱因斯坦：量子力学错了吗？
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玻尔 PK 爱因斯坦：量子力学错了吗？ 原文：David Lindley 翻译：葛韶锋 原文网址：http://focus.aps.org/story/v16/st10 为了纪念1905这个爱因斯坦的“奇迹年”，2005年被定为“世界物理年”。为此我们从《物理学评论文库》（Physical Review Archive）选择一些和爱因斯坦的成就有关的文章，回顾历史，并加以评论，以飨读者。 爱因斯坦从来没有真正地喜欢过量子力学。1935年，他和他的两个同事一起在《物理学评论》（Physical Review）上发表文章，声称量子力学是不完备的。在这篇文章当中，他们描述了这样一个假想的实验：通过测量一个粒子来得到另外一个粒子的信息，而并不需要直接测量我们想得到信息的那个粒子。他们声称这样的实验是可能的，并且是和标准量子力学理论的基本原理相悖的。虽然这个观点后来被证明是错的，仍然有很多困难的问题遗留下来而没有被解决，并且在很大程度上被今天的大多数物理学家忽略了。 在二十世纪二十年代以前，物理学家们想当然地认为物理实体有确定的性质，并且能够通过恰当的实验手段被观察到。但是根据量子力学的原理，对于这些性质（比如说一个粒子的动量）的测量，得到的却是以不同几率出现在一定范围内的数值。 来自哥本哈根（Copenhagen）理论物理研究所的尼尔斯•玻尔（Niels Bohr）倡导所谓的量子力学的哥本哈根解释（Copenhagen Interpretation），根据这个解释，像粒子动量这样的性质没有确定的值，直到粒子被测量。这个思想的最好体现是海森堡（Werner Hersenberg）于1927年提出来的著名的测不准原理（Uncertainty Principle）。根据测不准原理，对粒子动量的测量限制了对粒子位置的测量，反过来也是如此。很多观测量也同样受到测不准原理的限制。 当时在普林斯顿高等研究所工作的爱因斯坦和Boris Podolsky以及Nathan Rosen则认为这种想法会导致理论不自洽。他们提出这样的一个假想实验：同时产生的一对粒子相互远离对方，但是相互之间是关联的；测量其中一个粒子的位置或动量就能够马上知道另外一个粒子的位置和动量。 他们强调，观测者不需要对第一个粒子做任何操作就可以得到它的位置或是动量信息，因为这完全可以通过测量第二个粒子得到。这就意味着在整个实验的过程中，第一个粒子同时具有确定的位置和动量值，因为我们通过测量第二个粒子可以很精确地得到这两个值，而对第一个粒子我们没有做任何操作。而哥本哈根解释则似乎认为只有当第一个粒子被测量之后第二个粒子才具有确定的性质，虽然这时候两个粒子之间已经没有关联了。 EPR——就是大家已经知道的Einstein和Boris Podolsky以及Nathan Rosen——得到的结论是：量子力学是不完备的，因为它不允许粒子同时具有位置和动量。作为回应，玻尔几个月后发表文章[1]中反驳了这个观点：由于不可能同时对粒子的位置和动量进行测量，所以也就谈不上同时具有确定的值。爱因斯坦觉得玻尔的回答是不能够令人满意的，因为这个回答很小心地回避了关键性的问题，对于现象背后的实际过程没有做出说明。 由EPR三人提出来的这个问题看起来似乎没有办法通过实验来做出判定性的检验，直到1964年日内瓦（Geneva）欧洲核子中心（Center of European Laboratory for Nuclear Research: CERN）的John Bell从理论上提出了一个类似于EPR理想实验的实验方案[2]，可以用统计的方法定量地对量子力学和EPR各自做出的预言进行判定。虽然想要完成这个实验对于技术的要求是很苛刻，但是通过对大量的光子对极化方向测量结果的分析，非常令人信服地显示了量子力学是正确的，这个结果发表于1982年[3]。 波士顿学院（Boston College）的Abner Shimony评论说：EPR三人在他们的文章中论证的时候是毫不含糊的。但是问题在于量子力学具有非定域性，两个相互关联的光子即使被分开相互之间依然存在的某种微妙的联系。Shimony相信，即使是玻尔，也和爱因斯坦一样是不欢迎非定域性的。至于非定域性的存在说明了什么，对于我们对物理世界基本属性的理解会产生什么样的影响现在还不得而知。 图示说明：量子力学的反对者：在1935年爱因斯坦和他的两位同事发表了一篇论文攻击新兴的量子力学，声称它是自相矛盾的。而玻尔则反驳这种观点，维护了量子力学。上图中右边的是爱因斯坦，而左边的则是玻尔。 参考文献： [1] N. Bohr, "Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete?" Phys Rev 48, 696 (1935). [2] J. S. Bell, "On the Einstein-Podolsky-Rosen Paradox," Physics 1, 195-200 (1964). [3] A. Aspect, P. Grangier, and G. Roger, "Experimental Realization of Einstein-Podolsky-Rosen-Bohm Gedankenexperiment: a New Violation of Bell's Inequalities," Phys. Rev. Lett. 49, 91 (1982). 原始文献： Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete? A. Einstein, B. Podolsky, and N. Rosen Phys. Rev. 47, 777 (issue of 15 May 1935) |
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