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EPR悖论(epr悖论是否正确)

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发布时间：2016-12-08加入收藏来源：互联网点击：

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量子纠缠是根据爱因斯坦为了反驳玻尔为首的哥本哈根学派的量子力学解释而提出的一个称为EPR悖论（Einstein-Podolsky-Rosen paradox）设计的思想实验。即爱因斯坦、波多尔斯基、罗森悖论。

​三人于1935年5月在《物理评论》上联名发表的名为《可以认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗？》的论文，对量子力学提出强力的质疑。

​爱因斯坦等人根据量子力学设计了精巧的实验，通过高能光子照射特殊晶体，使特殊晶体的外层电子跃迁两个能级，然后在回落时放出一对低能光子（每回落一个能级放出一个）基于守恒定律，这放出的一对光子的量子态存在某些关联，比如偏振。

​根据哥本哈根学派的解释，这对量子态（微观粒子的状态的统称）存在关联的光子在被测量到之前，量子态都是不确定的。那么问题来了，假如我通过光路把这两个光子分开两个相反的方向发射到距离很远的两个地方，然后同时进行测量会怎么样呢？

​如果根据哥本哈根学派的解释，情况就很有趣了，由于两个光子在被测量到之前，量子态是不确定的，直到其中一个被测量后，测量到的某个状态就被确定了，而由于这对光子的量子态存在关联，这意味着一个光子的状态被确定的同时，另一个光子的对应量子态也被同时确定了！然而问题来了，根据守恒，光子对的量子态必定是同时确定的，然而前面我们已经把它们分离很远了，它们之间通信是需要时间的，那么另一个光子是怎么得到首先被测量的光子的状态信息，从而坍缩到对应的状态的呢？

​很显然这种关联坍缩产生超光速信息传递了，这就违反狭义相对论的信息传递不能超光速的基本定律了，而狭义相对论已经被广泛接受，自然没有人愿意挑战它的正确，包括哥本哈根学派的科学家。因此爱因斯坦认为，量子力学是不完备的，肯定在哪里存在问题或未知因素。玻尔等人看到这篇质疑的论文一定吓得不轻。

​不过爱因斯坦在提出这个悖论以后也同时给出了自己的经典解释：两个光子的状态在产生的那一刻就确定了，也就是在电子能级回落释放出它们的那一刻，它们的状态已经确定，之后你即使把它们分隔到100亿光年再测量，都不影响它已有的量子态，它们之间也根本无需互相沟通该如何坍缩，因为一开始就已经确定了。这样，悖论也就不存在了。

​玻尔当然不愿意放弃他的哥本哈根诠释，他超凡的洞察力下很快就找到了问题的所在。他指出：这对光子在被测量前并不是两个光子，而是一个整体，是它，不是它们，它在被测量到之前由一个波函数描述，并不存在两个被分离开的波函数（量子力学里描述微观粒子状态的函数，在量子力学里，微观粒子被测量之前只能以波函数来描述），直到它被测量到之前，它都只有一个波函数。

​玻尔的这样解释精妙无比，与哥本哈根学派的量子力学解释一脉相承——既然被测量前并没有确定的状态，那你为什么认为它有两个波函数？这不是耍流氓吗……

在玻尔的解释里，光子对的状态是在测量到其中一个后才确定的，因此，波函数坍缩（光子从不确定态变成某一确定态）只发生在测量的时候，而此前这个系统（光子对）处于所有可能的叠加态。测量使这个系统全空间坍缩了……没错，全空间坍缩，与距离无关，也就没有所谓的超光速传递信息了。这其实与单个光子的全空间坍缩是一样一样的，即使是一个光子，它的波函数弥漫到整个空间的所有可能位置，然而一旦测量到，它就只在一个位置，如果你认为这需要时间或需要考虑速度，那么波函数坍缩本身就分分钟超光速了，因为你可以说：一年前发出的光子怎么通知1光年外的自己不要出现？

​所以，实际上真正诡异的并非是量子纠缠，而是叠加态本身。

这种解释爱因斯坦自然无法接受，直到他去世，都从来没有公开宣布接受量子力学的完备。所以有了那句名言：上帝不掷骰子！

​这其实不能怪爱因斯坦冥顽不灵，在他在世时，他所提出的EPR悖论并没有能被实验室通过实验所证实或推翻，他所坚信的隐变量也从来没有被证伪。因为没有人能设计出一个可行方案能对其进行验证，虽然当时已经基本没有人怀疑量子力学的完备。但作为一个具有独立思维的伟大科学家，他始终坚守这自己的信念——宇宙是可理解的。

我认为爱因斯坦没有错，错的是时代没有给他一个答案。

​1955年4月18日，爱因斯坦与世长辞，最终没有等到他需要的答案，直到9年后的1964年，一位实验物理学家贝尔提出了一个不等式，后来以他名字命名的贝尔不等式，只有设计一个实验来验证不等式就能判断EPR悖论中究竟哪一方是正确的，贝尔作为爱因斯坦的脑残粉，当然希望自己的偶像爱因斯坦是正确的。

​直到上世纪70年代后，首个验证贝尔不等式的实验成功，到80年代后，更严格的实验再次验证了贝尔不等式，所有实验均违反贝尔不等式，这表明爱因斯坦所说的隐变量并不存在！证明量子力学对客观世界的描述是完备的。也就是说，EPR实验并不存在悖论，因此现在我们称之为EPR佯谬。

不过当时的实验还存在漏洞，比如随机数漏洞，另外实验距离也不足。到了本世纪，更多的更严谨的贝尔实验完成，这包括我国的墨子号实验卫星进行的超过一千公里的量子纠缠实验，还有数万人通过游戏程序提供随机数的大贝尔实验，可以认为目前的贝尔实验已经没有任何漏洞，然而所有实验结果都证明了量子力学的正确和完备。

今天，我们只能说我们拥有一个不可理解的宇宙，至少在目前，它是不可理解的。我们不知道为什么有叠加态，我们不知道为什么有波函数坍缩，我们不知道为什么有量子纠缠，这一切谜题等待着世界上最顶尖的科学家去解答，你能成为那个解答这些谜题的人吗？

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