Monday, December 26, 2011

宇宙的精灵 #13.7



贝尔不等式问世后,科学家们就开始积极在组织实验,以了结这桩最大的现代科学公案。检测的内容除了前面说过的自旋关联外,还有偏振关联,方式虽不同,原理是一样的。

法国物理学家阿莱恩阿斯派克特(Alain Aspect)领导的巴黎小组从1970年代末到1980年代初也进行了多次实验。图13.7是他们1982年报告的一次偏振光型的贝尔实验。

图13.7  阿斯派克特的贝尔实验


我们平常看到的自然光线都是非偏振光,但可以用人为的方式使它们具有固定振动方向的光即偏振光。比如三D电影,用两台摄像机摄下同一画面,在放映时在两台放映机的镜头前分别安装一个偏振器,使一台机出来的光线具有了垂直的振动方向,另一台具有了水平的振动方向,看三D电影的眼镜实际上就是两台方向互为垂直的偏振器,使两个方向互为垂直的光线只能分别进入一个镜片,两幅画面就在人的大脑中叠加成一个立体画面。

再看阿斯派克特实验:S为一个双光子发射源,可以激发一个钙原子向相反方向发射两个光子。遵守动量守恒定律,两个光子的偏振方向应该是一致的。光子的偏振方向我们是不知道的,只能由探测器观测光子能否通过偏振片的结果来分析。实验装置的左边和右边分别安一个开关,使光子既可以通过透射沿水平方向被后面的探测器测知通过或不通过,也可以折射到下方的偏振片和探测仪。每边的两个偏振片可以设置为不同的角度,意味着具有了两种不同的观测条件,相当于我前面说的手套掉包或不掉包。

好,就让定域性和非定域性在这个擂台上PK吧!两个开关之间相隔12米,光行时间需要40纳秒(1纳秒为10亿分之一秒),而两次转动开关的时间间隔10纳秒,也就是说,每边将进入何种实验场合(上面的或下面的)的信息不可能按定域性条件(不超光速)传达到对方。波尔不是说观测会影响到对方的粒子吗,我就要看你在没有收到信息前无法做出调整的窘境!

实验开始了,一对对光子分别向两个方向发射,开关眼花缭乱地转动,不!我们的眼睛根本分辨不出10纳秒的变化乃至无法缭乱,我们不可能找到合适的形容词来形容实验场合的变化之快。三个小时下来,电子符合监视器把一份成绩间颤微微地送上的裁判台——

啪!贝尔的眼镜跌落在地;啪!天堂里的爱因斯坦的眼镜也跌了下来;波尔脸上不厚道地露出了宽慰的微笑——与经典关联偏离了5个标准方差,与量子力学预测却符合得严丝合缝!

世界的科学技术还在不断进步,贝尔实验也在不断的重复进行,总的趋势,实验条件越精密,达到的标准越高,比如光子对的距离越远,结果就越青睐波尔,越远离爱因斯坦。从1970年到1986年,正式报导的贝尔实验总共15个,其中不符合量子力学预测的只有2个,其余的13个都违反贝尔不等式而与量子力学的预测相符。1997年,日内瓦大学实验室用光纤网路把双粒子送到相距10公里的两组探测仪,证明仍有互相影响,并且违反贝尔不等式至少面9个标准方差。 1998年,美国国家实验室得到在少于三分钟的时间内一个违反贝尔不等式242个标准方差的结果……

够了,够了!从1927年的索尔维会议开始,以爱因斯坦为代表的经典派为捍卫人类的实在性和决定论信仰,已经前赴后继的进行了超过半个世纪的顽强不屈的斗争,可吊诡的是,他们发现每一次有意义的辩论,结果都为对方提供了更有利的法码,所进行的恢复实在性和决定论的努力,都反逼量子力学做非实在性和非决定论方向的修改和完善,辛辛苦苦,发现都是为对方打工。西方谚语曰:“我播下了龙种,收获的却是跳蚤”。

难道真的存在“幽灵般的超距作用”,似乎没谁站出来扛这个结论,好像量子力学的大佬们也没有必要冒这个犯相对论天条的风险了。桃李无言,下自成溪,“量子力学足以对付FAPP”(For All Practical Purposes——所有实际问题),这已经足够了。哦,前面这句话是贝尔说的,一声叹息呐!

哎哟!薛定谔的猫——




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