受所有这些理论的启发,瑞士欧洲核子研究中心的物理学家约翰·贝尔提出了一个实验,也许可测试其中一些理论,当然也可测试量子物理与经典物理间的距离。至今(1964年),量子物理学已经足够成熟而从所有以前的物理学中脱颖而出,以至于1900年之前的物理学被称为“经典物理学”,1900年之后发现的物理学(主要是量子物理学)被称为“现代物理学”。所以从某种意义上说,科学史分为前46个世纪(如果从伊姆霍特普作为第一位历史科学家建造了第一座金字塔开始)和量子物理学诞生的上个世纪。因此我们可以看到,在现代物理学这个新的基本科学观的时代,我们还很年轻。可以合理地说,即使在一个世纪之后,大多数人都还不会意识到科学努力和对现实的解释的基础上正在发生的巨大变化。
约翰·贝尔提出了一个实验,可测量一个给定的基本粒子与另一个相距较远的基本粒子“通信”的速度能否比任何光在它们之间传播的速度都要快。1984年,由阿兰·阿斯佩特领导的一个团队在巴黎做了这个实验,事实上结果明显如此。这个实验与偏振光有关。为了便于说明,假设有一个光的容器,里面到处都有光在波动,如果容器除了末端涂有反射物质,光从墙上反射。(人们可能会把一罐意大利面和面条的各个方向想象成随机光波的方向。)在末端我们放置偏振滤光片。这意味着只有特定方向的光(比如上下方向的面条)才能射出,而来回的光波(面条)无法射出。如果我们把两端的偏振器旋转90度,就会发出来回的光波,但这样不会发出上下的光。
事实证明,如果我们旋转两端,使它们彼此成30度角,大约一半的光线可以从容器中射出,四分之一从瓶子的一侧射出,四分之一从另一侧射出。这与约翰·贝尔的提议和阿兰·阿斯佩特的演示非常接近。当“瓶子”在一端旋转,与另一端形成30度角,这样只有一半的光可以逃逸时,一件令人惊讶的事情发生了。在任何光有时间从“瓶子”(实际上是一根长管)旋转的一侧传播到另一侧之前,从旋转的另一侧发出的光瞬间(或任何人都能测量到的接近瞬间)变成了四分之一。以某种方式,“瓶子”的那一边得到了另一边旋转速度超过光速的信息。从那时起,这个实验已经被证实了很多次。
约翰·贝尔在这个实验中对基本思想的表述被称为“贝尔定理”,可用他自己的话最简洁地表述:“现实是非本地的。”换句话说,构成我们周围事物的基本粒子不仅在被观测到之前不存在(哥本哈根解释),而且在最本质的层面上,它们甚至无法与任意遥远的其他此类粒子区分开来。19世纪的博物学家约翰·缪尔曾说:“当我们试图单独挑选任何东西时,我们发现它与宇宙中的其他任何东西都有联系。”他可能会惊讶地发现,无论是在物理学还是生态学中,事实证明这是真的。
在下一篇文章中,我们将把不确定性原理与贝尔定理的结果结合起来,并将双缝实验的规模扩大到爱因斯坦的同事约翰·惠勒所说的“参与性宇宙”。这将涉及在宇宙中同时处理已知和未知的事物。
BY: Laurance R. Doyle
FY: 梦中识月
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