细心的同学可能还注意到,用这3个夹角互为45度的偏振片我们能得出这样一个结论:透过偏振片AB的光强(1/2),加上透过BC的光强(1/2),大于等于透过AC的光强(0)。
这就是一个叫做约翰·斯图尔特·贝尔(John Stewart Bell)的英国物理学家提出并从数学上证明的贝尔定理(Bell's theorem)的实例,它有那么一丢丢像两边之和大于第三边。
高能来了。
在上面这道题上,贝尔定理和马吕斯定律代表的量子力学好像达成了哲学♂友谊,但是他们马上就要撕成塑料兄弟花。
1964年,贝尔提出了这样一个实验:让两个纠缠的光子(纠缠就是说它俩状态协调一致)分别经过两个偏振片,然后在中央汇合。如果它们同时到达中央,这个事件就叫做同时符合(conincidence)。同时符合事件的发生率就叫做同时符合率,类似于透过偏振片的光强。
贝尔实验的构造 图片来源:wikipedia
量子力学说, 这道题我会做,派马吕斯定律上就可以了,算法和刚才是一样的:如果两个偏振片的夹角是a,那么和夹角是0的情况相比,同时符合率就会降低Cos(a)的平方,就和刚才光强减弱是差不多的概念。
因此量子力学预测,随着夹角a变大,同时符合率会迅速降低。比如,当夹角a比较小的时候,如果a变大一倍,同时符合率会减少4倍。
但是贝爷说不是这样的,量子力学你丫降太快了。根据贝尔定理, 夹角a变大一倍的话,同时符合率只减少了2倍不到,和量子力学的预测完全不同。
这就是贝尔定理和量子力学发生的严重分歧,也是爱因斯坦-波多尔斯基-罗森佯谬在21世纪对量子力学发出的又一次猛烈攻击。
所以,到底是贝爷错了,还是量子力学错了,这又怎么样呢,还影响我边看手机边抠脚吗?
还真会。
大家可能都听过爱因斯坦在评价量子力学时对一对纠缠粒子时使用的“鬼魅的超距作用”的比喻。在量子力学中,不管相隔多远,一对纠缠的粒子能瞬间(也就是超光速)知道对方的状态,这是爱因斯坦超级难以接受的一点。
但是用贝尔自己的话来说,贝尔定理能解释这种“鬼魅的超距作用”,因为宇宙是超决定论的,没有自由意志存在,连实验观测都是被预设的,粒子也是拿着剧本在“演”,因此也就不存在超光速的超距作用了。
换言之,如果贝尔定理的预测得到实验证明,那就意味着宇宙中每个粒子乃至每个人的命运早有定数,这对人类的自我认识将是个不小的打击,而量子通讯的根基也会应声倒下。