都被堵上了,大Bell实行

2019-11-15 21:13栏目:奥门新萄京娱乐场
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(莘莘深、竹之岚/编译)在一项里程碑式的研究中,荷兰代尔夫特理工大学(Delft University of Technology)的科学家报告说他们进行了一项实验,并认为该项实验证明了量子理论中最为基础的主张之一——相隔甚远的两个物体可以瞬间影响彼此的行为

对量子物理感兴趣的读者可能还记得2016年11月30日的一场趣味科学盛会:大贝尔实验。该实验邀请全球范围的大量志愿者共同参与证伪贝尔不等式,打破爱因斯坦对量子物理的终极质疑。

该发现对经典物理学的一项基本原则——定域性原理而言,无疑又是一次重击。定域性原理认为物体仅受其周围环境的直接影响。这项研究于周三发表在《自然》(Nature)上,进一步支持了一个因被爱因斯坦拒绝而名声大噪的理论——爱因斯坦曾说,量子理论如果成立的话,那就必须得有“远距离闹鬼”(“spooky action at a distance”)。他拒绝承认宇宙的运行方式是如此奇怪、看起来如此随机。

志愿者要做的事其实非常简单:在过关游戏中快速随机地按下“0”或者“1”,这些随机数随后被分配给全球9个研究机构进行实验,其中包括中国科学技术大学的潘建伟团队。

爱因斯坦尤其嘲笑“量子纠缠”的观点:相互独立的粒子可以完全“纠缠”在一起,对其中一个粒子进行观测可以即时地影响到其它粒子,无论它们之间的距离有多远。他对量子理论引入的不确定相当恼火,并把它的后果比喻为为上帝掷骰子。

为什么要选择“人肉”生成随机数呢?原来,传统的贝尔实验遭受“自由意志漏洞”的诟病。吹毛求疵的科学家们总担心实验过程不是真正的随机,冥冥之中受到某种上帝般的预设条件控制。大贝尔实验的思路是相信人类拥有真正的自由意志,即使“上帝”真的存在,成千上万个自由意志选择的随机数也足以发动一场令预设网络瘫痪的DDoS攻击。

奥门新萄京娱乐场 1曾经纠缠的两个粒子,哪怕远隔天边也能瞬间影响彼此——这就是爱因斯坦所说的“远距离闹鬼”。图片来源:livescience.com

北京时间5月10日凌晨1时,实验结果以论文的形式在世界顶级学术期刊《自然》上发表。实验共吸引了越10万名志愿者参与,在12小时内持续产生每秒逾1000比特的数据流。这些随机数被用于13个不同的贝尔实验上,有些通过光子纠缠进行,还有些通过原子系统或超导设备。大部分实验结果强有力地证伪了爱因斯坦的定域实在论,符合量子力学理论。

人们怀疑,除了量子纠缠之外还有可能存在其他的解释,这些解释被称作“漏洞”。但是自从20世纪70年代以来,物理学家们进行的一系列精确的实验正在日渐堵上漏洞——我们越来越接受,两个从前就纠缠的粒子,即使被分隔在长如宇宙两端的距离上,也真的是能够即时地互相影响的。

10万个普通人,是如何成功挑战爱因斯坦的呢?

这项新的实验由荷兰大学卡夫里纳米科学实验室的物理学家罗纳德•汉森(Ronald Hanson)领导,还有来自西班牙和英格兰的科学家参与。它是目前为止支持量子力学中最基础主张——存在一个亚原子奇异世界——的最强证据。在这个世界里,物质不被观测就不会成形,时间既能向前也能向后。 

“远程闹鬼”与爱因斯坦定域实在论

奥门新萄京娱乐场 2罗纳德•汉森(右)和同事设计实验装置。图片来源:Frank Auperle/Delft University of Technology

奥门新萄京娱乐场 ,科学家们在量子力学的世界中,发现了许多奇妙的现象,比如叠加态。一个光子可以同时处于水平偏振和垂直偏振两个状态的叠加,而一旦对该光子的状态进行测量,它就会随机坍缩到其中一种状态。

研究者们将他们的实验描述为“无漏洞贝尔测试”。贝尔测试指的是物理学家约翰•斯图尔特•贝尔(John Stewart Bell)于1964年提出的一项实验,用于证明“远距离闹鬼”是真实的。

爱因斯坦反感这种“上帝掷骰子”一般的解释,他认为,测量结果受到某种未知的“隐变量”的影响,被称为爱因斯坦定域实在论。

“从70年代末期,人们就开始进行这些实验了,但以过去的实验方法,一直需要额外假设,”汉森博士说,“现在我们可以确定远距离闹鬼确实存在了。”

所谓定域,指的是信息传播的速度无法超过光速,一个位置的行动无法对其他位置产生瞬间影响;所谓实在论,指的是我们所观察到的现象都对应着物理实在的特性值,无论我们是否去观测。

科学家认为,他们现在已经排除了所有可能的“隐变量”——这些隐变量可以为长距离纠缠现象提供基于经典物理的解释。

为了证明量子力学是一种不完备的理论,三个物理学家爱因斯坦、波多尔斯基和罗森假设了一种匪夷所思的实验,被称为EPR佯谬:

 

处于纠缠态的两个光子A和B,不论相距多远都存在一种关联,其中光子A状态发生改变(比如人们对其进行观测),光子B的状态会瞬时发生相应改变。比方说,如果A的偏振态是“向上”的,B的偏振态必然是“向下”的。

代尔夫特理工大学的研究者们让相距1.3公里的两个电子形成粒子纠缠,然后在它们之间分享信息。物理学家用“纠缠态”这个词来指代这种粒子对——它们以特殊的方式生成,从而无法分开来独立描述。科学家们将两颗钻石分别放置在代尔夫特理工大学操场对立的两边上,中间相隔1.3公里。

用爱因斯坦本人的话来说,这简直是“远程闹鬼”。为此,他与另一位伟大的物理学家玻尔争论了半个世纪。

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