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爱因斯坦错了!2022物理诺奖公布,提及的贝尔不等式到底讲了啥?

2024-07-29科学

导语

2022年诺贝尔物理学奖获奖者分别是阿兰·阿斯佩、约翰·克劳瑟和塞林格,三位科学家以光子纠缠实验获得诺奖。

而这项光子纠缠实验又被称为「关于量子力学最伟大的争论的最重要的实验」,而这个论争的背后是伟大的爱因斯坦。

爱因斯坦可是物理学界的泰斗,他提出的相对论一度将牛顿力学的地位撼动。

有着「实验」出真知的名言,既然上天又将诺贝尔奖金授予了物理学界当之无愧的实验,爱因斯坦的量子巨轮也将彻底沉没吗?

爱因斯坦与波尔的争论。

爱因斯坦于1920年曾说「我无法相信上帝是用骰子来创造这个宇宙的。」

他这句话表明了他对于量子力学的不服气。

爱因斯坦认为量子力学并不是完备的,而量子力学则是由另一个量子物理学巨头波尔所开创的。

爱因斯坦与波尔之间在量子力学的理解上存在分歧,这也是物理学界的最大争论。

要说到底爱因斯坦又认为量子力学哪里不完备呢?

主要体现在量子力学的不确定性和非定域性上。

而波尔却认为量子力学是完备的,甚至还为量子力学建立起一套取适应性和有机功能的理论。

爱因斯坦与波尔之间在量子力学的争论也非常激烈。

1927年在索尔维会议上,只有51岁的波尔却引起了物理学界的关注。

这场会议不仅专门讨论量子力学问题,而且还吸引了一些物理学家,如海森堡、薛定谔和狄拉克等,他们都渴望了解波尔的理论。

会议上,波尔发表了关于量子力学的无数问题,他在一定程度上还是当时物理学界的明星。

然而,作为物理学界的伟大科学家爱因斯坦,在会议上却很少发言。

不过他这番沉默却让人猜起来了。

于是他就如同他所期待的,激烈的反对着量子力学的不确定性原理。

1928年,在一封致波尔的信件中,爱因斯坦将自己对量子力学的看法和观点都列了出来,作品中主要集中在量子力学的不确定性原则上。

在信中提到的主要是EPR佯谬。

他认为量子力学是不完备的,这是因为量子力学并不能够满足现实的每一个条件。

并且还提出了「隐变量」的观点,表明量子力学仍有完善的空间,现实中的事物在量子层面是完全确定的。

但这部分的确定性并不能在量子力学中体现出来,所以爱因斯坦认为还是有「隐变量」的存在。

贝尔不等式。

然而在物理学家中,EPR佯谬的出现也引起了广泛的关注,于是爱因斯坦和波尔间的争论也就从此展开。

然而在1935年,爱因斯坦和波尔便暂停了这场争论,直到1952年,贝尔不等式的出现,令波尔和爱因斯坦的争论又重燃了起来。

约翰·贝尔是一位爱尔兰物理学家,他于1964年提出了著名的贝尔不等式。

贝尔不等式是对量子物理的实验进行设计时所需要的数学公式。

然而,贝尔不等式的提出却改变了众多物理学家的观点,因为贝尔不等式的结果其实是倾向于量子物理的,而不是经典物理的。

换言之,贝尔不等式强调了量子物理和经典物理之间存在着明显的差异。

然而贝尔不等式并不是物理学家们所想象的那样,他们认为经典物理显然是完备的。

所以贝尔不等式的出现,为量子物理的实验提供了理论基础。

当贝尔不等式作为量子物理的实验结果出现时,很多物理学家纷纷以为是量子物理学的又一个「胜利」,认为它支持了量子力学的正确性。

然而诺贝尔奖委员会却并没有考虑到这将会是一场关于量子物理的新探讨。

于是贝尔不等式就成为了量子力学的「胜利工具」。

但在1990年,阿兰·阿斯佩的量子实验出来之后,诺贝尔奖之主也不得不开始正视量子物理和经典物理之间的真实差异。

由于阿兰·阿斯佩在量子实验中发现,光子隐含变量之间的关系并不符合贝尔不等式中的数学关系。

光子纠缠实验。

要进行光子纠缠实验,更加需要「偶然」的出现,因为光子粒子的产生本身就带有随机性。

1968年,阿斯佩在巴黎大学选定了一处熔融玻璃的地区进行光子实验,在这个熔融玻璃中掺入了氢物质,通过加热,使其能够有规律的产生氢分子。

由于氢分子存在着一定不规律性,它们会偶然间打到熔融玻璃中,形成双折射的晶体。

如果光子通过双折射的晶体,就会产生非常明显的光线偏转性,而如果没有光子打到其中,光线则正常。

这种偏转现象就是光子纠缠现象的体现。

为了有效地消除偏转,阿斯佩就需要将两台接收器分别放在两台接收器的侧面,分别是A和B。

当光子通过双折射的晶体,打到A接收器时,会形成光线偏转,而当打到B接收器时,则光线正常。

阿斯佩用这样的方法分别进行了两次实验,第一次是将两台接收器开启,第二次是将一台接收器关闭观察。

结果显示,在任意一次的实验中,两台接收器的偏转和不偏转的光线是完全随意的。

阿斯佩通过这两次光子纠缠实验的成功,从而否定了贝尔不等式成立的必要性。

然而这一结果也间接证明了爱因斯坦的定域实在性并不成立。

2022年诺贝尔奖的颁发,阿斯佩、克劳瑟和塞林格三位获奖者,是对他们辛辛苦苦的彪炳成果给予了积极的肯定,同时也让公众对量子力学有了更深入的了解。

结语

诺贝尔物理学奖的颁发不仅是对阿兰·阿斯佩、约翰·克劳瑟和塞林格三位物理学家的成果进行了肯定,同时也使公众对于量子物理学有了更深入的认识。

随着科学技术的不断进步,量子信息科学的发展潜力巨大,或许会催生出新的技术革命。

爱因斯坦虽然是物理学界的巨头,但他的观点不一定是绝对正确的。

同时,贝尔不等式也并不能反映出量子物理的全面。

未来的科学研究将揭示出更多的未知领域和神秘现象。