1955年春天,爱因斯坦与世长辞,他没能亲眼见证自己的理念受到的挑战。这位物理学家对量子力学的主流观点始终持反对态度,但正是他的一次次关键质疑,反而推动了这一理论走向成功。量子纠缠现象揭示了时空的本质,存在着某种深层次的含义。剑桥大学教授彭罗斯提出,量子力学和人的意识之间并不存在保守的联系。1964年,爱尔兰物理学家约翰·贝尔提出了贝尔不等式,将爱因斯坦的隐变量理论转化为数学公式。1955年爱因斯坦的离世并没有阻止这一领域的发展。 量子力学中存在一种名为量子纠缠的诡异现象。爱因斯坦曾在物理学史上留下名言:“你真的以为没人看的时候月亮就不存在吗?”在他看来,这种现象暗示着世界存在某种隐藏的秩序。薛定谔略带嘲讽地说:“那这两个粒子是纠缠在了一起吗?”这一现象因此得名。天气预报中的70%降雨概率意味着信息不完整,正如爱因斯坦对宇宙的看法一样,看似随机的背后是隐藏变量的作用。 玻尔认为两个粒子在数学上用同一个波函数描述,它们本来是一个整体?而爱因斯坦则相信宇宙中的速度极限是光速,左右改变不可能同时发生。薛定谔的嘲讽暗示了贝尔等人后来的工作:两个相隔很远的粒子如何能够瞬间同步?这种解释与普通人的直觉相悖。 1955年爱因斯坦去世时,关于这个问题的争论还在继续。2022年诺贝尔物理学奖颁给了量子纠缠研究领域的几位科学家,表彰他们通过实验证明贝尔不等式不成立。这项工作为量子信息科学奠定了基础。 对于一个自旋为0的粒子来说,当它衰变成两个更小的粒子后,将它们分开到很远的地方测量其中一个的自旋方向时会发现一个奇怪的现象:没有任何外力施加的情况下,左边粒子自旋向上时,右边粒子必然向下。这个过程要么是隐变量的作用导致方向早已确定(爱因斯坦的观点),要么是测量本身触发了随机结果(量子力学的解释)。 我们在现实生活中会遇到类似于天气预报70%降雨概率的情况。这种随机性并非绝对随机,而是因为信息收集不全面造成的错觉。从上帝视角看,明天的天气是可以被精确预测的。同理,爱因斯坦认为宇宙中也存在类似的隐藏变量决定着事物的状态。 爱因斯坦反对的是那种看似存在超距作用的解释。他觉得两个相隔很远的粒子不可能瞬间相互影响。如果贝尔不等式成立了,那就说明爱因斯坦是对的。然而2022年的实验结果表明贝尔不等式不成立。 彭罗斯认为人的意识与量子力学没有直接关系。观测并不是简单的看一眼就能完成的事情。外界干扰会让处于叠加态的微观粒子必须展示出某一个具体的属性时才会发生坍缩。 虽然爱因斯坦去世了,但他提出的问题一直困扰着科学界。直到2022年诺贝尔物理学奖颁发给了这项研究领域的专家们时才最终有了定论。观测会导致叠加态坍缩,而无法控制粒子是上旋还是下旋也意味着无法利用这种现象来传递信息。 贝尔提出的不等式把爱因斯坦的隐变量理论转化成了数学公式供人检验。如果这个不等式成立了就说明爱因斯坦是对的;但实验结果表明它不成立。2022年这个奖项是对量子理论颠覆人类认知成果的一种肯定和推动。 虽然观测会导致叠加态坍缩这种现象存在但并没有违反相对论的原则;无法用量子纠缠传递信息也让它无法成为编码发送消息的工具;叠加态坍缩是完全随机的过程无法人为控制;而观测对微观世界的影响是实实在在存在的外界干扰导致了粒子必须展示出某一属性才会坍缩。