歷史上,唯心主義和唯物主義曾經(jīng)展開了持久的論戰(zhàn)。科學(xué)家在此期間扮演著這一重要角色。然而,我們所置身的現(xiàn)實(shí)世界,遠(yuǎn)遠(yuǎn)有可能比科學(xué)本身更為深邃復(fù)雜,其吊詭之處在于,你難以探測(cè)真相往往是必須接受的常態(tài)。
但貝爾不等式檢測(cè)令人不得不匪夷所思,與著名的雙縫實(shí)驗(yàn)相比,它所揭示的結(jié)論使世界的真實(shí)存在性大打折扣,極大顛覆了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)和物理學(xué)的認(rèn)知。對(duì)世界本來(lái)面目的終極判決如期到來(lái)了嗎?
科學(xué)思想的形成是一個(gè)漫長(zhǎng)而曲折的過(guò)程。人們津津樂道于科學(xué)家們之間的巔峰對(duì)決和思想碰撞??茖W(xué)家們所引導(dǎo)的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn),推動(dòng)了人類對(duì)世界認(rèn)知的發(fā)展。其中,以貝爾不等式檢測(cè)為最,連電子的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)也得甘拜下風(fēng)。
科學(xué)將一個(gè)個(gè)奇妙的物理學(xué)現(xiàn)象展露無(wú)遺,實(shí)實(shí)在在的物質(zhì)聯(lián)系和因果關(guān)系,讓人們從此大開眼界、拓展心智。
很難想象,在兩個(gè)根本無(wú)關(guān)且毫不產(chǎn)生任何交集的物體之間,竟躲著一個(gè)深藏不露的高手——量子糾纏。
所謂的量子糾纏,正是量子力學(xué)研究下的產(chǎn)物。但秉持傳統(tǒng)物理學(xué)觀的愛因斯坦明確表示反對(duì)的態(tài)度,玻爾的意見卻偏偏與愛因斯坦相左。兩位科學(xué)家又將怎樣拉開爭(zhēng)辯的序幕呢?
我們得先搞明白量子糾纏存在的狀態(tài)是什么樣子的。把一對(duì)自我運(yùn)動(dòng)方向相反的電子分別放置在兩個(gè)不同的地點(diǎn),接下來(lái),要測(cè)算出任意一個(gè)電子所包含的量子特征,讓人頗感意外和蹊蹺的是,另外一個(gè)電子所包含的量子特征也隨之穩(wěn)固下來(lái)。
這就是一種典型性量子糾纏反應(yīng)機(jī)制,即只要人工干預(yù)到一個(gè)電子的活動(dòng)場(chǎng),另外一個(gè)在自己獨(dú)立的活動(dòng)場(chǎng)中,也會(huì)“感同身受”般接受到訊息,并給予及時(shí)的協(xié)調(diào)和配合。解釋其背后的邏輯和成因,愛因斯坦和玻爾所持的科學(xué)理念各不相同。
愛因斯坦對(duì)物理學(xué)界的貢獻(xiàn)有目共睹,只有相互關(guān)聯(lián)的兩個(gè)物體之間,才會(huì)形成同頻共振的“景象”,至于不符合傳統(tǒng)物理學(xué)定律的東西,充其量不過(guò)是坊間的談資和笑料而已。
以愛因斯坦的眼光來(lái)看,兩個(gè)量子產(chǎn)生糾纏一定借助了某種物理量。盡管這個(gè)物理量依據(jù)目前的科技手段尚未能探明,但并不代表著它不存在,又稱之為隱變量。
而來(lái)自哥本哈根學(xué)派的玻爾卻堅(jiān)稱,隱變量不以任何實(shí)體形式存在。一旦玻爾的立場(chǎng)符合自然界的真實(shí)邏輯,那么就意味著任意兩個(gè)物體之間的活動(dòng)軌跡將超越傳統(tǒng)物理學(xué)范疇。
正當(dāng)兩人爭(zhēng)辯得不可開交之時(shí),愛因斯坦的一位名叫約翰.斯圖爾特.貝爾的粉絲,挺身而出并及時(shí)提出了一項(xiàng)貝爾不等式的檢測(cè),繼而來(lái)驗(yàn)證隱變量是否有真實(shí)存在的跡象。
貝爾不等式的算法擁有諸多的表現(xiàn)形式,它們皆歸屬于同一邏輯的指導(dǎo)和闡釋,在貝爾不等式的兩端,分別對(duì)應(yīng)著兩個(gè)概率輸出。對(duì)應(yīng)關(guān)系或相等,或左大于右,或右大于左。左小于等于右,則愛因斯坦獲勝;左大于右,則玻爾獲勝。
概率用于統(tǒng)計(jì)兩個(gè)粒子在不同觀測(cè)角度中的狀態(tài)。為了方便直觀顯示,首先,定位好兩個(gè)粒子轉(zhuǎn)動(dòng)的指向性,如箭頭朝上的A和箭頭朝下的B。其次,把一條虛擬鋼筋線將A和B相連。
只要這條虛擬鋼筋線為實(shí),隱變量的存在即可證明:無(wú)論A箭頭的運(yùn)動(dòng)走向如何,其箭頭朝向和B箭頭的朝向永遠(yuǎn)不會(huì)改變。只要這根虛擬鋼筋不能為實(shí),當(dāng)A箭頭朝著任意方向運(yùn)動(dòng)時(shí),B箭頭不一定非得保持相反的方向,也許會(huì)出現(xiàn)其它類型的運(yùn)動(dòng)幅頻。隱變量的存在就此抹除。
證明虛擬鋼筋線的存在或不存在事實(shí)是關(guān)鍵。預(yù)備好實(shí)驗(yàn)所需的大批量A箭頭和B箭頭,試圖從不同側(cè)面全方位探究?jī)烧叩闹赶蛐裕?/span>最終判定這條虛擬鋼筋線的真實(shí)程度。當(dāng)虛擬鋼筋線直接決定箭頭的指向性,即可驗(yàn)證愛因斯坦的假設(shè),反之則驗(yàn)證玻爾的假設(shè)。
在三維世界中獲取數(shù)據(jù)樣本,其困難可想而知。為了給實(shí)驗(yàn)減少成本,爭(zhēng)取時(shí)間,玻爾利用數(shù)學(xué)的有效性給出了這個(gè)不等式檢測(cè)。但鑒于苛刻的精度觀察,直到20世紀(jì)80年代才啟動(dòng)這個(gè)項(xiàng)目的研究。在將近40年左右的時(shí)間里,貝爾不等式檢測(cè)不間斷地進(jìn)行了無(wú)數(shù)次,判定的結(jié)果驚人地說(shuō)明了一個(gè)道理:這一回合,愛因斯坦輸了。
通過(guò)純粹地捕捉物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的軌跡,一切看似“凌駕”于傳統(tǒng)物理學(xué)定律的現(xiàn)象,至此皆水到渠成,與牛頓力學(xué)相悖的量子糾纏,將全新主導(dǎo)人們的世界觀。
科學(xué)史上的交鋒其實(shí)從未停歇過(guò),量子糾纏作為一項(xiàng)新的科學(xué)理論,也必然要經(jīng)過(guò)時(shí)間等一系列的考驗(yàn)。這正體現(xiàn)了玻爾發(fā)明的貝爾不等式檢測(cè)的先鋒性。
他勇敢地站在了巨人的肩膀上提出新的課題。物質(zhì)的客觀性與否,影響著人們探索的方方面面,這不僅僅是一次對(duì)和錯(cuò)的分辨與回答。
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