諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)揭曉的背后，貝爾功不可沒(méi)， 愛(ài)因斯坦并非不可挑戰(zhàn)
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2022-10-06 18:25:39 -
光子晶體科技
今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了三位物理學(xué)家，以表彰他們通過(guò)光子糾纏實(shí)驗(yàn)，確定貝爾不等式在量子世界中不成立，并開創(chuàng)了“量子信息科學(xué)”這一領(lǐng)域。
是不是很難懂？簡(jiǎn)單說(shuō)，今年物理學(xué)獎(jiǎng)的關(guān)鍵詞是“量子糾纏”。
什么是量子糾纏？這就必須首先要提到愛(ài)因斯坦全力捍衛(wèi)的“局域性原則”，它是指：任何兩個(gè)不在一個(gè)地方的事物要想用信號(hào)彼此聯(lián)系，最快的信息傳遞也不能超過(guò)光速。反之，如果兩個(gè)事物之間的聯(lián)系速度超過(guò)了光速，愛(ài)因斯坦將這它稱之為并不存在的“幽靈般的超距作用”?？晌锢韺W(xué)家波爾卻認(rèn)為這種作用一定存在，即兩地能夠“隔空地、即時(shí)地”聯(lián)系。只不過(guò)，他也并不能用實(shí)驗(yàn)證明自己的觀點(diǎn)罷了。
為了證明“局域性原則”是正確的，作為愛(ài)因斯坦的追隨者，貝爾提出了著名的“貝爾不等式”，他本意是希望人們用實(shí)驗(yàn)證明他的不等式是成立的，可事與愿違，如今三位物理學(xué)家相繼用實(shí)驗(yàn)證明了，在量子世界里，貝爾不等式不成立。也就是說(shuō)，在量子世界里，愛(ài)因斯坦所謂的不能存在的“幽靈般的超距作用”真的存在！
因此，當(dāng)今國(guó)際物理學(xué)界普遍認(rèn)為，量子糾纏的現(xiàn)實(shí)存在顛覆了經(jīng)典的力學(xué)時(shí)空觀，對(duì)此貢獻(xiàn)最大的人應(yīng)當(dāng)是貝爾，貢獻(xiàn)第三大的是愛(ài)因斯坦，而貢獻(xiàn)第二大的才是這三位物理學(xué)家。
為什么說(shuō)貝爾貢獻(xiàn)最大呢？1964年，英國(guó)物理學(xué)家約翰·貝爾（John Stewart Bell）提出了貝爾定理和貝爾不等式，使“EPR佯謬”成為了一個(gè)可以實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的問(wèn)題——量子是非定域性的嗎？貝爾把愛(ài)因斯坦的一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，利用簡(jiǎn)單精巧的邏輯，轉(zhuǎn)換成一個(gè)可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)證的不等式：貝爾不等式，提供了一種驗(yàn)證經(jīng)典物理和量子物理本質(zhì)差別的實(shí)用方法。
今年諾貝爾獎(jiǎng)的得主，通過(guò)多年不懈的努力，設(shè)計(jì)出精巧的實(shí)驗(yàn)，毫無(wú)疑義地驗(yàn)證了微觀粒子學(xué)不符合經(jīng)典力學(xué)——統(tǒng)計(jì)力學(xué)下的貝爾不等式，從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證微觀世界并不是我們尚不理解的經(jīng)典力學(xué)，而是具有和經(jīng)典力學(xué)完全不同的量子特性。貝爾是這一發(fā)現(xiàn)的二傳手，這一發(fā)現(xiàn)明確無(wú)誤的揭示了傳統(tǒng)力學(xué)和量子力學(xué)的差別，他如果不是去世的太早，得諾貝爾獎(jiǎng)是榮致實(shí)歸。
既然提到二傳手，那就不得不說(shuō)事情的始作俑者，我們又得回到我們偉大的愛(ài)因斯坦。愛(ài)因斯坦是量子力學(xué)的奠基人之一，但是他對(duì)量子力學(xué)的波爾詮釋意見(jiàn)非常大，以至于他把他的后半生用來(lái)找出量子力學(xué)波爾詮釋中的漏洞。他最著名的名言就是上帝不是擲骰子的。那么為什么上帝不是擲骰子的呢？愛(ài)因斯坦和他的合作者提出了著名的量子力學(xué)的超距離作用的佯繆。也就是如果量子力學(xué)的波爾解釋是正確的話，那么糾纏的量子之間的作用將是超距離的，不是局域的。作用的局域性在經(jīng)典物理中的根深蒂固，是經(jīng)典物理中的基本原則之一。
愛(ài)因斯坦通過(guò)思想實(shí)驗(yàn)得到這一佯謬，深刻的揭示了經(jīng)典力學(xué)和量子力學(xué)的本質(zhì)差別。他甚至可能根本沒(méi)有想到過(guò)做這一次思想實(shí)驗(yàn)，就高傲的和量子力學(xué)的哥本哈根學(xué)派說(shuō)，你看你們錯(cuò)了吧！如果不是愛(ài)因斯坦站隊(duì)過(guò)早，把這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)只當(dāng)做一個(gè)實(shí)驗(yàn)提出來(lái)，愛(ài)因斯坦實(shí)際上是對(duì)這一諾貝爾獎(jiǎng)貢獻(xiàn)最大的。又如果愛(ài)因斯坦活得足夠長(zhǎng)的話，在100年后又可以得一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。當(dāng)然對(duì)于老愛(ài)來(lái)講，多一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)，在他可以獲十幾項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)的籃子里，也就多一個(gè)小芝麻而已，不足掛齒，還不如和老對(duì)手波爾口炮來(lái)的爽。
接下來(lái)的故事大家就都知道了，2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予阿蘭·阿斯佩克特，約翰·克勞瑟和安東·澤林格，表彰他們通過(guò)光子糾纏實(shí)驗(yàn)，確定貝爾不等式在量子世界中不成立，并開創(chuàng)了“量子信息科學(xué)”這一領(lǐng)域。
關(guān)于貝爾不等式的三級(jí)跳，深刻地揭示了微觀世界并不遵從人類從宏觀世界概括出的經(jīng)典力學(xué)。那么經(jīng)典力學(xué)的本質(zhì)是什么呢？經(jīng)典力學(xué)的本質(zhì)就是局域?qū)嵲谡摗Ｎ⒂^世界遵守的物理規(guī)律不可能即滿足局域論，又滿足實(shí)在論！完了！經(jīng)典物理在微觀世界完了。
這標(biāo)志著從伽利略開始，由牛頓奠基，麥克斯韋集大成，愛(ài)因斯坦完美收官的經(jīng)典力學(xué)，在微觀世界倒了！而且說(shuō)不定20年之內(nèi)，“量子擦除實(shí)驗(yàn)”又會(huì)再得一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)！“量子擦除實(shí)驗(yàn)”沖擊的就不僅僅是經(jīng)典力學(xué)，而是對(duì)于整個(gè)經(jīng)典時(shí)空觀的沖擊，說(shuō)白了是對(duì)因果定律的沖擊。想想都可怕。
