EPR佯谬的前世今生

陶思景 郑斌 王懂

小时候我们都幻想过瞬间移动，甚至星际穿越，就像《哆啦A梦》里大雄的任意门。但梦想很丰满，现实很骨感。我们都知道，任何物体的运动都不能加速到光速以上。

不过还是有几个例外的，比如不能传递信息的量子纠缠现象。什么是量子纠缠？那得先从EPR佯谬谈起。

上世纪初，在大物理学家玻尔等人的努力下，量子力学已逐渐完善。但量子力学有个惊人的现象把当时的物理学家折磨得只想go die！在量子世界中，一切都是不确定的！这引起了许多物理学家的反对，而爱因斯坦正是反对军的司令。他认为这种不确定恰好说明量子力学是有问题的，为此他在1927至1933年的三届索尔维会议中与玻尔进行了多次论战，却总是被玻尔一一破解。爱因斯坦不甘心输给玻尔这个相爱相杀的对手。于是在1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森三人祭出重磅炸弹：《量子力学对物理实在的描述可能是完备的吗？》，EPR佯谬就此问世。

那么EPR佯谬到底是什么呢？以电子为例，它存在类似地球自转的自旋现象。根据泡利不相容原理，同一原子轨道的电子对总自旋为0，假设一个电子顺时针转，另一个电子必然逆时针转。此时将两个电子分得足够远，让它们无法即时通信。这时，如果我们测到其中一个电子逆时针转，那么根据两个电子的自旋必须相反的原则，便可以立即知道另一个电子顺时针转。但是另一个电子在被测量之前其状态不应该是不确定的吗？因此爱因斯坦假设，如果量子力学是对的，那么一个电子被测量的同时，另一个电子也必定立刻受到影响。什么，这难道是心灵感应吗？爱因斯坦不屑地称之为“幽灵般的超距作用”。

但许多物理学家并不同意这种观点，其中玻尔带头进行了反击：“老爱呀！你错就错在居然以为量子世界仍然有经典物理的实在性。”因为在测量之前，EPR佯谬中的那两个电子其实是一个整体，虽远隔万水千山，却藕断丝连。也就是说，在玻尔的量子论看来，不测量就不能看到庐山真面目。月亮之所以挂在天空，那是因为人在看。

爱因斯坦和玻尔始终剑拔弩张（爱因斯坦后面三个人，玻尔后面一大波火柴人），论战难解难分，直到两位科学巨人先后去世都无法分出高下。

一直到1966年，贝尔提出的贝尔不等式才给出了这场论战胜负的判决条件。如果不等式左边小于等于二，那么爱因斯坦获胜；如果等于二根号二，玻尔就是最终的赢家。但限于当时的技术条件，直到1982年才由阿斯派克特揭晓论战结果。实验证明，结果确实等于二根号二!原来真理也是可以掌握在大多数人手中的呀！在真实世界里真的存在“幽灵般的超距作用”，那就是量子纠缠。这一次，爱因斯坦又败给了玻尔，老爱的“佯谬拳”还是比不过玻玻的“量子腿”呀！

那么我们是不是可以运用量子纠缠实现超光速通信呢？NO! 因为量子纠缠只传递量子态，不传递信息。

但是小伙伴们不要灰心，虽说现实很骨感，但是量子纠缠仍然好处多多，它在量子计算和量子通信中都将大显神通。

EPR佯谬虽然没给爱因斯坦带来最终胜利，但它却成了量子物理发展史上的一座纪念碑，让我们始终缅怀那段英雄辈出的峥嵘岁月。

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视频链接：EPR佯谬的前世今生