【物理诺奖】我们做好了翻车的预备，没想到竟然料中了！刚刚，2022年诺贝尔物理学奖颁给了…

刚刚，2022年诺贝尔物理学奖颁给了

2022年诺贝尔物理学奖授予阿兰·阿斯佩克特、约翰·克劳瑟和安东·泽林格，" 因为他们停止了纠缠光子的尝试，确立了对贝尔不等式的不成立并创始了量子信息科学。"

阿兰·阿斯佩克特、约翰·克劳瑟和安东·泽林格别离操纵纠缠的量子态停止了打破性的尝试，在那种情状下，两个粒子即便被分隔也表达得像一个整体。 他们的功效为基于量子信息的新手艺扫清了道路。

在所有奇异的量子效应中，量子纠缠或许是最令人难以理解的——在通俗读物中，它经常被描述为“两个微看粒子存在某种联系关系，无论它们间隔多远，一个粒子的性量发作改变，另一个能霎时‘感知’到它的形态从而发作改变。但并没有违犯相对论”；那一现象被爱因斯坦称为“鬼魂般的超距感化”（spooky action at a distance）。爱因斯坦的那句话以至成了量子纠缠最闻名的口号。关于量子纠缠的探索起源于爱因斯坦和两位协做者颁发的一篇闻名的关于切磋量子力学齐备性的论文，后来被称为EPR佯谬。1964年，英国物理学家约翰·贝尔（John Stewart Bell）提出了贝尔定理和贝尔不等式，使EPR佯谬成为了一个能够尝试查验的问题——量子长短定域性的吗？

本文的原题目是《其实不存在什么“鬼魂般的超距感化”》（There is no‘spooky action at a distance’），那是因为爱因斯坦是从定域性考虑的，而假设我们认定量子的非定域性，纠缠就不是实正的“感化”，那种反曲觉正反映了量子的微看世界和宏看世界的更大区别。数十年来，为了查验量子的非定域性，物理学家在贝尔的根底上找到并填补了各类检测的破绽，而量子力学一次又一次通过了考验。量子纠缠是存在的，但我们今天仍不克不及完全理解量子的“水平”。

本文经受权摘自《量子力学，怪也不怪》（ Beyond Weird:Why everhting you thought you kenw about quantum physics is different ，广西师范大学出书社，2022.1），题目为编者所加。

撰文丨菲利普·鲍尔（Philip Ball）

翻译丨丁家琦

我们永久不克不及忘记那一点：“实在”，同“波”和“意识”一样，也是人造的词语。我们的使命则是学会正确地，也即毫无歧义且连接一致地利用那些词。

——尼尔斯·玻尔

1．引言

法国科学家Alain Aspect 于1981发出了他们用一个高效源给予改良统计精度和做新尝试的才能而测得的：在“钙”的放射原子级联中，辐射出的光子的偏振相关性，越出了现实局域理论的整个级别，偏振源分隔到6.5 m的看测成果没有明显的改动。他们的成果与量子力学预示的十分一致，强烈地违犯妥帖的Bell不等式。

所谓：“Bell不等式”是揣度Einstein依据“物理其实独立于看测者而客看地存在”和“粒子间传递信息不超越光速，不存在超距感化的定域性原理”而与Bohr争论“量子力学”能否齐备的原则。

而那个尝试被认为：在特定的情状下，同时向相反标的目的发射的次级粒子，不管相互间隔多远，都可以相互互通信息。在一方被影响而改动标的目的时，两边会同时改动标的目的。而也许会成为二十世纪最重要的尝试。

还激发了一些更为“锋利”的阐明。例如，伦敦大学的物理学家David Bohm信赖Aspect的发现意味着客看现实其实不存在，虽然宇宙看起来详尽而坚实，其实只不外是一个浩荡而细节丰盛的全息照片（Hologram）般的幻象。

那 就提出了一个锋利的问题：“宇宙事实是客看现实，或只不外是幻象” ？！

因而，必需对此，认实观察、弄清本相。

A. Einstein, B. Podolsky, N. Rosen, 3人颁发在Physical Review 47, p777-780 (15 May 1935) 上的一篇题为： “Can Quantum-Mechanical Deion of Physical Reality Be Considered Complete?” (量子力学对物理世界的描述能被认为是齐备的吗?)的闻名文章。所谓：“EPR”一词就是：那篇文章的3位做者名字的头个字母。

在那篇文章中，做者们起首论述了他们对物理理论的看点： 一个严谨的物理理论应该要区别「客看实体」(object reality) 及对它的运做。客看实体应独立于理论而存在。揣度理论能否胜利，应问本身两个问题：

(1)理论能否正确? (2) 理论的描述能否齐备?

只要那两个问题都是必定的，那理论才气令人称心。

理论的正确性当由尝试来决定。

而此文切磋的主题则是“量子力学的描述能否齐备”。

其实，Einstein 不断对量子力学的机率阐明感应不满，他曾在写给 Born 的信中提到：“量子力学固然令人赞颂，但在我的心中有个声音告诉我， 它还不是那实在的工具……我无论若何不信赖天主会在掷骰子!”

查验非定域性的各类破绽

科学家花了良多年才搞清楚爱因斯坦对EPR“悖论”的推理哪里错了。问题在于，量子力学中看起来稀松通俗的常识，背后经常都有问题。

爱因斯坦及其同事做了一个十分天经地义的“定域性假设”：一个粒子的属性只局限在那个粒子上，而 此处发作的工作必需颠末在空间中的传布才气影响 彼处发作的工作。那看起来完全不言自明，底子不像个假设。

然而量子纠缠倾覆的，恰好是那种定域性，那也是为什么用“鬼魂般的超距感化”那种角度来对待它完全错误。我们不克不及把EPR尝试中的粒子A和粒子B看做彼此别离的两个实体，哪怕它们在空间上是别离的。在量子力学中，纠缠让那两个粒子酿成了统一物体的区别部门。或者换句话说，粒子A的自旋其实不仅仅位于A那里，就像一个板球的红色局限在那个板球上那样。 在量子力学中，属性能够长短定域性的，只要先承担了爱因斯坦定域性假设，我们才需要说对粒子A的丈量成果会“影响”粒子B。量子非定域性的整个看念都与此区别。

其实，我们在那里讨论的， 其实是另一种量子叠加态。叠加态指如许一种情形：对量子物体的丈量可能产生两种或更多的可能成果，但我们在丈量之前不晓得成果会是哪个，只晓得它们各自显现的相对概率。纠缠是统一个思惟，只是利用在了两个或更多的粒子上：粒子A自旋向上同时B自旋向下，与正好相反的规划，两种形态的叠加。两个粒子固然相互别离，但必然仍然由统一个波函数来描述。我们不克不及把那个波函数拆解开，成为彼此独立的两个粒子波函数的某种组合。

量子力学能够眼都不眨地随便承担那种看念：写下它的数学公式就好了。问题在于若何形象化地阐明其意义。

1964年8. J. Bell 在Physics I 上颁发了“On the Einstein Podolsky Rosen paradox”的文章。与Einstein类似地想象了一个抱负尝试，安装 A、B两个探测器，丈量两个单态(singlet state)的自旋1/2粒子a, b, c，3个肆意区别标的目的的自旋重量。（此前，1951 年，已有Princeton 大学传授David Bohm 提出了两个探测器，丈量两个单态(singlet state)的自旋1/2粒子一定相互相反，或彼此垂曲自旋重量的类似抱负尝试），而能推导出了一个不等式，即所谓：“Bell不等式”。阐了然定域性隐变量理论的相关性(correlation)和量子力学是区别的。

指出任何阴谋连结Einstein定域性原则的隐变量理论都将不克不及和量子力学相容。那就是闻名的Bell 定理。

后来Bell及其后继者都曾改良并妥帖那个不等式。J.F.Clauser 及M.A.Horne 等于1969 年改良并妥帖了Bell 不等式。他们的计划是操纵光子对的偏振(polarization)相关性。并提出了可行的尝试，查验Bell 不等式。其它如E.P.Wigner,A.Shimony,H.P.Stapp 等人也都相继提出了类似的不等式。

而所谓Bell不等式已是此类不等式的通称。

尝试证实契合量子力学的成果

1976年Clauser反复1973年Holt和Pipkin的那个尝试，而和Holt及Pipkin不异得到违犯量子力学的成果。但是Clauser发如今尝试安装中一个拆有电子枪和汞蒸气的Pyrex（一种耐热玻璃）球壁上有不一般的应力。在批改此项错误之后就得到了契合量子力学的成果。也就是，已经按Bell 不等式，尝试证实了量子力学的的正确性。

1981年Alain Aspect 测得：在“钙”的放射原子级联中辐射出的光子的线偏振相关性。与量子力学十分一致，偏振源分隔到6.5 m的看测成果没有明显的改动。

1997年，由日内瓦大学Nicolas Gisin所指挥的研究人员证实被侵扰的成对光子，即便经由光纤网路送到相距10公里外村庄中的两组探测器中，相距如斯远远的光子已违犯贝尔不等式至少9个原则误差

1998年10月，在巴尔的摩所举行的美国光学协会会议中，Los Alamos美国国度尝试室的Paul Kwiat和他的同事们公布他们成立的一个紊乱光子对的超亮光源，在少于3分钟的时间内，得到违犯贝尔不等式242个原则误差的成果。

同时，由Anton Zeilinger所指挥的因斯布鲁克大学的研究组将探测器相距400公尺远，且以肆意的速度，得到违犯贝尔不等式30个原则误差。

可见，那些尝试都足够证实了量子力学的的正确性。特殊是，证实了微看粒子之间存在着所谓：“量子纠缠”（quantum entanglement）。即在量子力学中，有配合来源的两类微看粒子之间存在着某种纠缠关系，不管它们被分隔多远，都不断连结着纠缠的关系，对一类粒子扰动，另一类粒子（不管相距多远）就有确定关系的响应扰动。

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编纂：诺奖小分队

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