圖片摘自德國 Institut für Angewandte Physik 網站


狗吉拉閱讀量子史話系列心得整理
...... 愛因斯坦的反擊  EPR 弔詭 與 對隱變數的期望


前言.....

哥本哈根詮釋 對量子行為提出一套底定的說法之後
那隻由此誕生的薛丁格之貓
為世人帶來了一個無解的又死又活 意識潰縮說詞
這個弔詭
引發一整套以解釋"去相干"機制為基礎的理論家族
(請見狗吉拉筆記先前的主軸 : 量子心得 7, 8, 9, 10的筆記)

除此之外   還引發了
 "有沒有超光速溝通" 與 "有沒有客觀這回事" 的爭議

接下來的狗吉拉筆記  量子心得 11, 12  就要整理這些內容


話說...
依據哥本哈根的推導
如果有兩個出自同源  但各自飛開的雙生次粒子 A 和 B
在都沒有被觀測之前
它們的自旋態都是處在不確定的疊加態中
直到 A 被觀察的那一瞬之間 
A次粒子的疊加態突然潰縮成一點確定態  確定了A的自旋態 
但此時 
B次粒子就算遠在 n 個光年以外的天邊
也能因此同步地被確認其自旋態 (必為A的互補態)

這個效應顯示
粒子間  要做這樣跨越無垠空間的超光速資訊串通
產生這令人困惑的瞬時效果
是很簡單的

此即為量子世界的必然現象
-------所謂的量子纏結((quantum entanglement)

這個量子纏結說法 從根本地推翻了...兩個古典基礎概念

局部定域性  (Locality) :
時空連續體有區域局部性 無法產生超光速信號的傳播
與
客觀實在性( Reality) :
存有一個客觀獨立的世界 可以被確定的描述

......這讓愛因斯坦老兄感到芒刺在背 

愛因斯坦堅持著
從A和B次粒子分離的那一刻起
A和 B次粒子的狀態就都是客觀確定了
絕對不是等你去看它的時候  它才被認定下來的

狹義相對論不允許資訊的傳播速度超過光速
因此...測量這個 A次粒子 
不可能同時超距式的(打破局部性)擾動另外一個次粒子 B

所以根本就沒有"超光速串通" 與 "不觀測就不存在" 的這回事

因此在1935年
愛因斯坦 ( Einstein)
與
玻理斯·波多爾斯基 (B. Podolsky, 1896~1966)
納森·羅森 (N. Rosen, 1909~~ )
聯合寫了一篇論文
對量子力學的完備性提出了質疑
這就是著名的  EPR 弔詭悖論 (EPR parabox)


EPR設想一個想像實驗......

有一個母粒子
分裂成往相反方向飛開來的兩個次粒子 A 和 B
接著A和B這兩個完全自由的次粒子不受任何外界系統的干擾
各自穿越完全真空 往不同的方向飛走
此時它們在理論上
具有完全互補的自旋方向 或 動量守恆...等等關係

過一陣子   當A B互相遠離之後
我們可以先測量A次粒子的動量 
(而且 我們先服從測不準定理  犧牲了A次粒子的位置準確性)

接著  因為沒有任何外界系統的干擾
我們可以依據動量守恆關係  
不經過測量  就透過數學式  知道了B次粒子的精確動量

此時 A, B次粒子的動量  都是客觀存在的
(所以才可以透過純數量運算得到)

A, B次粒子的動量並非是一開始彼此都不確定
而在某一瞬間才由超光速資訊串通起來的

而且 更厲害的是
因為我們沒有去測量 B 次粒子的動量(是用算的)
所以我們就可以大大方方地測量 B 次粒子的位置

於是最終
我們同時得到了B次粒子的精確動量與精確位置
推翻了哥本哈根詮釋 測不準定理所加在我們身上的枷鎖
狠狠地打了哥本哈根詮釋一個大耳光

(但是 
 哥本哈根詮釋的反擊...主張...
 測量動作所造成的瞬間波函數塌縮 並不是一種瞬間因果效應
 測量動作  只影響我們定義物理系統的數量的能力
 測量動作本身並沒有影響整個物理系統 
  狗吉拉註: 咦  奇怪了!!  那不就等於承認有客觀性的存在嗎?)

不論如何
在愛因斯坦提出 EPR 弔詭思想實驗以後
哥本哈根宗師 波耳先生
果真修改了他對不確定性原理的認識
現在的波耳認為：不確定性不是由直接的測量作用造成的

從這個暫時獲勝的EPR思想實驗裡
愛因斯坦獲得更深遠的啟示
覺得必須使用局部定域性所決定的資訊
才能對物理現實做一個完備的描述

這就是他對1920年代以來的隱變數概念的引用

總言之  採取隱變數想法的學者認為
大家目前服從的量子理論
僅僅只是一種用來逼近現實現象的不完備理論

量子行為之所以看起來是古怪機率性的
那只不過是因為我們現階段沒有 或者 無法看清其潛在的秩序
這個世界裡
必然存在一些隱變數 可以更完整地解釋現實
量子力學最後一定會讓位於一種居於更底層 更基礎的理論

此正如英國的Carsten van de Bruck說 :
在量子力學模型中
量子的隨機性就好比我們去拋擲一枚硬幣
表面上看起來它的結果是隨機的   但事實上並非如此
只要有足夠資訊與知識
(比方說 硬幣表面材質  空氣密度  阻黏性 施力度  濕度....一大堆)  我們是可以寫下一個決定論式的方程 來描述量子隨機性的真象

(目前火熱的超弦理論  相對於量子論而言
  就是在描述一種更基礎的隱變數 )

隨著愛因斯坦兄的凋零
EPR設想被冷凍了幾十年
直到1964 年
約翰  貝爾 (John Bell) 對愛因斯坦的思想實驗
提出可以被嚴厲檢驗的具體方法

貝爾設想...
如果A, B次粒子系統的自旋態
在產生時就已經確定  只是沒有表現出來
那麼我們可以假設A, B次粒子在多軸向觀測下的自旋態
應該是一種被隱變數解釋的狀態
而其量子疊加態  只是哥本哈根詮釋的便宜行事說詞
那麼我們就應該假設這些隱變數會遵守數學機率規則
他老兄由此在數學上導出了一個貝爾不等式
宣稱...
如果有隱變數 則由此導出的貝爾不等式應該成真

所以下一回
我們就來瞧瞧 
決定隱變數、局部定域、客觀存在等等古典觀念生死的
貝爾不等式大判決