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我们怎么知道一个纠缠粒子在被实际测量之前不具有自旋方向呢?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-11-07 20:26:39

这就是著名的贝尔不等式(见贝尔定理)背后的问题。

问题通常是这样的:组成纠缠对的粒子是否可能携带着决定测量结果所需的所有信息,以“局部隐变量”的形式,这些信息通过测量揭示出来,但一直都存在?

例如,假设你出国旅行,到达目的地时,你注意到你只带了你所拥有的每双袜子的一半。你马上就会知道你家里的袜子抽屉里有同样数量的不匹配的袜子。这没什么神秘的,我们也不需要量子力学来解释你是如何“瞬间”获得几千英里外你的袜子抽屉的信息的。

像自旋和极化这样的东西是不同的,以一种非常不平凡的方式。

假设你以相反的方向释放一对被偏振的纠缠光子。假设它们是垂直偏振的。这意味着如果你在任何一个光子的路径上放置一个垂直方向的偏振滤波器,两个光子都会通过。当两个过滤器都是水平方向时,它们都无法通过。

但是如果滤镜的方向是45度呢?每个光子都有50%的机会通过或不通过。然而,当你进行这个实验时,你会发现光子仍然是相关的;它们要么都能通过,要么都不能通过,不管两个过滤器之间有多远。

好吧,也许光子携带的不仅仅是关于它们初始偏振的信息。假设这两个光子是一个秘密阴谋的一部分,已经讨论了它们可能遇到的偏振滤波器的所有可能的方向,并且事先就它们的行为达成了一致。

但是实验者很狡猾。他现在设置了两个偏振滤光器,一个在每个光子路径的末端,以不同的角度。一个是45度,另一个是135度。然后,他用一个非常简单的假设计算出其中一个光子通过而另一个失败的概率:一端的光子无法知道另一端偏振滤光片的设置,反之亦然。仅这个假设就足以计算两个观测值之间的相关函数的最大值。

而在实际的实验中,这个值是违反的,包括在实验中,偏振滤光片是在光子已经很好地运行之后才设置的。这就意味着不能仅仅用光子一直拥有的信息来解释这个结果。它们还需要从另一端即时传递的信息,以便展示它们的相关行为。这就是贝尔不等式的本质。

这就是我们如何知道光子(或电子,同样的论点适用)不能表现出它们实际表现出的行为,只使用它们在测量发生前拥有的信息。
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