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爱因斯坦与EPR佯谬:一个被证明是错的伟大质疑

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2025-06-11 14:14

正文

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听着好哲学。但 EPR论文并没有陷入晦涩的哲学讨论,而是提出一种“物理实在元素”的判据:


如果不以任何方式干扰某系统,且我们能确定地 (也就是概率等于 1) 预言某物理量的值,那么与这个物理量对应的物理实在元素存在。


举个例子说明一下。有一座量子科学图书馆,收藏所有量子科学图书,我来借阅一本量子科学著作,结果图书馆员告诉我,馆藏目录里没有我要借的书, 这就好比我们可以确信某本书存在、也知道书名,具备量子科学图书的所有必要元素,但图书馆的目录里却找不到它 ——说明目录不完备。


EPR论文先一般性地讨论了量子力学的不完备性,然后提出一个思想实验,以具体体现这一点。


EPR论文假设有两个粒子A和B,先短暂地进行相互作用,然后朝相反方向远离,此后总动量守恒,相对距离已知。这两个物理量可以同时测定且不违反不确定性原理。


等两个粒子离得足够远 (比如几光年远) ,即两粒子之一受到扰动,不会立即影响到另一个粒子。这就是爱因斯坦狭义相对论所要求的 局域性假设 :光速是速度上限,某处发生的事件的影响的传播速度不能超过光速,即不能立即影响到别处的事件。


测粒子 A的动量,根据局域性假设,这一测量行为不会立即影响到远处的粒子B,我们可以根据动量守恒,可以立即确定粒子B的动量,因此粒子B的动量是物理实在元素。


类似地,测粒子 A的位置,根据二者的相对距离,可以立即确定粒子B的位置,因此粒子B的位置也是物理实在元素。


也就是说粒子 B的位置和动量都是物理实在元素,其数值在具体测量之前是客观存在的。


但是根据量子力学的哥本哈根诠释,粒子位置或动量这样的物理量,在被测量之前通常并没有确定的值 ——只有一种概率分布。EPR思想实验中,粒子B可以同时拥有确定的位置和动量。


EPR认为这一矛盾表明,量子力学不是一个完备的理论。


一对粒子,它们无论相距多远,二者的状态结合在一起,这样的一对粒子为纠缠粒子。


SAIXIANSHENG
EPR论文的反响

EPR论文发表后不久,爱因斯坦收到哥本哈根诠释的反对者薛定谔的信。薛定谔在信中大为赞赏EPR论文,赞同量子力学不完备的结论。薛定谔在信中还把相互分离的两个粒子之间的关联称为“ 纠缠 ”。这是量子纠缠第一次登上科学史舞台。


玻尔及其追随者们读到 EPR论文后,都如芒刺背,如坐针毡,如鲠在喉。


玻尔立刻放下了一切工作,全力以赴寻找 EPR论文中的错误。玻尔越审视,越感觉EPR论文精妙。


EPR论文对玻尔的冲击是巨大的,很长时间他无计可施,在办公室里踱步绕圈,嘴里念念有词:”爱因斯坦……爱因斯坦……“


5个月后,玻尔对EPR论文回应的文章在《物理学评论》 Phys.Rev., 1935, 48, 696 上发表了,文章题目与 EPR论文题目一样,但篇幅长了75%。


玻尔赞同 EPR论文的思想实验的粒子A、B没有超距作用,测量粒子A不会瞬时影响到粒子B。但玻尔认为,对粒子A展开的测量一定会通过某种方式瞬时“影响”粒子B,粒子B的“物理实在元素”不能脱离实验来定义。如果我们决定搭建好仪器测量位置,测得粒子A位置,确实可以确定粒子B的位置,但这就排除了测量A动量并进而得到粒子B动量的可能。反之,如果我们决定搭建好仪器测量位置,测得粒子A动量,这就排除了测量A位置并进而得到粒子B位置的可能。







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