爱因斯坦绝对不会相信,给予他恢复经典物理学光荣与梦想最后一击的人,居然是自己的得意门生,忠实铁粉——贝尔!
贝尔也不曾想到,自己亲手为埋葬量子力学打造的致命武器,摧毁的居然是自己誓死捍卫的隐变量假设!
为何一个感恩图报的故事,最后却成为相爱相杀事故?!
案件背景:
爱因斯坦在索尔会议的辩论中,败给了波尔为代表的量子帮。经典物理失去了其严格的决定论以及优美的因果律,经典物理的“科学”就此败给了量子论的“神话”。物质的本质解释沦为一场上帝掷骰子的赌局闹剧。爱因斯坦不甘失败,事后潜心钻研隐变量理论,意图击破量子论基石之一的不确定性原理,祭出终极杀招EPR佯谬,为经典的“科学”认知论做最后一搏。科学界战云密布,属于天才的最高级别的对决一触即发。
第一幅拼图:
冯.诺伊曼。现代计算机的奠基人之一,20世纪最杰出的数学家没有之一。江湖传闻他6岁能心算8位数乘法、8岁懂微积分、12岁精通泛函分析、10岁通晓5种语言。一句话,百年罕见的天才。
举个栗子:科学史上已经封神,排位第四的狄拉克,流传后世皇皇巨著《量子力学原理》,冯诺伊曼观后,觉得从数学上来说,还差那么点意思,于是收拾了一下,整了本《量子力学的数学基础》,至今仍是各大学物理研究生必修教材之一。
1932年,冯诺伊曼顺手证明了一件事,那就是:任何隐变量理论都不可能对测量行为给出确定的预测。换句话说,任何隐变量理论——注定都要失败,这是一个恶毒的封印!爱因斯坦隐变量第一战,似乎又将饮恨。
第二幅拼图:
大卫.玻姆(DavidBohm)。当代最著名的量子力学专家之一,爱因斯坦铁粉。
玻姆通过复活古老的德布罗意导波,成功创立了一个完整的隐函数体系。此体系基本做到了传统量子力学所能做到的一切!冯诺伊曼关于隐函数理论的魔咒,关键的第5个假设,仿似宿命般,被玻姆看出了破绽。隐变量理论重生眼看迎来一线生机。
但是,玻姆杀敌一万自损八千,他放弃了另一样同等重要的东西:定域性(Locality)。简单来说,就是指不能有超距作用的因果关系,任何信息都必须以光速这个上限而发送,这也就是相对论的精神!爱因斯坦不能接受这一切!爱因斯坦还需要等待另一个人到来!
第三幅拼图:
1928年7月28日,约翰.斯图尔特.贝尔(JohnStewartBell)出生在北爱尔兰的首府贝尔法斯特。贝尔11岁立志,要成为一名科学家。16岁就跳级到贝尔法斯特女王大学的实验室当实习工,一年后顺理成章地进入女王大学攻读物理。他也是个天才。
贝尔在大学的时候,量子论已经占领主流地位,但贝尔并不同意老师和教科书上对于量子论的正统解释。贝尔想要的是一个确定的,客观的物理理论,他天生就是爱因斯坦的忠实追随者。
玻姆理论问世,贝尔感到相当兴奋。他为隐变量理论的想法所着迷。贝尔清楚知道,隐变量理论正是爱因斯坦所要追求的东西,可以完成对量子力学的完备化。爱伊斯坦未竟的事业,贝尔将替他完成。
贝尔对于所有的量子现象描述,抛弃了不确定性,而改用一种实在论来描述:
Pxz-Pzy≤1+Pxy
这就是名垂千古的“贝尔不等式”。它被人称为“科学中最深刻的发现”,它即将对我们这个宇宙的终极命运作出最后的判决。
致命凶器:
贝尔不等式究竟意味着什么。
如果世界的本质是经典的,如果我们的世界同时满足:1.定域性,也就是没有超光速信号的传播。2.实在性,也就是说,存在着一个独立于我们观察的外部世界。它们所表现出来的协作程度必定要受限贝尔不等式之内。
如果世界的本质是量子论,那就不同了!在量子论中,贝尔不等式是可以被突破的!在一个量子论主宰的世界里,贝尔不等式不成立。
总而言之,如果世界是经典的,爱因斯坦是对的话,那么在EPR中贝尔不等式就必须得到满足。反之,如果世界如量子论的描述,只是一场上帝掷骰子的赌局,那么,贝尔不等式则被突破。
第一击:
1964年,贝尔把他的不等式发表在一份名为《物理》(Physics)的杂志的创刊号上,题为《论EPR佯谬》。这篇论文论证和推导教人拍案叫绝。或许此文杀气太重,《物理》这份期刊只发行了一年就倒闭了。
贝尔抓住冯诺伊曼的错误,给《现代物理评论》杂志寄去文章。冯诺伊曼不敌贝尔,其对于隐变量的封咒迅速被摧毁。
贝尔踌躇满志,冯诺伊曼纵绝世天才,也一击必杀。这只是第一步。而他,已经打造出了足够致量子论以死命的武器。EPR不管是在技术或是伦理上都是可检验的!我们可以在贝尔不等式的指引下,确实地去做出实验,让实验数据来证明我们生活其中的世界究竟是“科学”还是“神话”。
杀局、错局:
物理学家们行动起来,准备以实践为检验真理的唯一标准,检验世界的本质。
1969年,人们在伯克利,哈佛和德州进行了一系列初步的实验,出乎贝尔的意料之外,除了一个实验外,所有的实验都模糊地指向量子论的预言结果。但是,最初的实验都是不严密的,技术的限制要获得EPR的原始推论仍然要靠间接推理。这仿佛是个不好的预兆。
随着激光技术的进步,更为精确严密的实验有了可能。进入80年代,法国奥赛理论与应用光学研究所里,科学家准备第一次在精确的意义上对EPR作出检验。要做的事情,就是记录两个光子实际的协作程度。1982年,暮夏和初秋之交,巴黎。一对对奇妙的光子正从钙原子中被激发出来,冲向那些命运交关的偏振器;一对,两对,三对……数据逐渐积累起来了。1万2千秒,也就是3个多小时后,结果出来了。实验结果和量子论的预言完全符合,而相对爱因斯坦的预测却偏离了5个标准方差——这已经足够决定一切。贝尔对量子论挥出的利剑,成功击败了爱因斯坦,杀死了隐变量理论的可能性!
落幕之时:
不知道爱因斯坦如果活到今天,他会对此发表什么样的看法?猫先生似乎听到在遥远的天国,他和玻尔仍在重复那段经典的对白:
爱因斯坦:玻尔,亲爱的上帝不掷骰子!
玻尔:爱因斯坦,别去指挥上帝应该怎么做!
最后的卷宗打开,猫先生只能写上这个故事的结局:爱因斯坦的上帝已经死了。
经典的“科学”认知论已死,有事烧纸。
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