2楼喂狗！ 开贴！

首先使用大召唤术！@我心中的希特勒 @殇秦月 @qq610470924 @友爱守护者

量子物理和相对论，并称为当代物理学两大支柱，是物理学的基石，它们从微观与宏观上解释着我们的世界，指引着我们的方向，引领者我们的潮流。它们是电，是光，是唯一的神话，只能爱你，you R my super star!它们就像是主神，雅典娜和哈迪斯！伟大，但确实相互对立的！所以，女神的圣斗士们，让我带领大家进入神的世界，领略神迹！燃烧吧，小宇宙，R U Ready？

话说3000年前，古希腊。。。我靠谁打我？好吧，我们长话短说。300年前。。。放下你手中的西瓜刀，100年前，不能再短了。斗转星移，眨眼间已是1927，科学巨人已离开我们整整100周年。一向安静宁谧的科莫忽然又热闹起来，新时代的科学大师们又聚集于此，在纪念先人的同时探讨物理学的最新进展。科莫会议邀请了当时几乎所有的最杰出的物理学家，洵为盛会。赴会者包括玻尔、海森堡、普朗克、泡利、波恩、洛伦兹、德布罗意、费米、克莱默、劳厄、康普顿、魏格纳、索末菲、德拜、冯诺依曼……遗憾的是，爱因斯坦和薛定谔都别有要务，未能出席。这两位哥本哈根派主要敌手的缺席使得论战的火花向后推迟了几个月。
在准备科莫会议讲稿的过程中，互补原理的思想进一步在玻尔脑中成型。他决定在这个会议上把这一大胆的思想披露出来。在准备讲稿的同时，他还给《自然》杂志写短文以介绍这个发现，事情太多而时间仓促，最后搞得他手忙脚乱。在出发前的一刹那，他竟然找不到他的护照--这耽误了几个小时的火车。
　　但是，不管怎么样，玻尔最后还是完成那长达8页的讲稿，并在大会上成功地作了发言。

1930年秋，第六届索尔维会议在布鲁塞尔召开。早有准备的爱因斯坦在会上向玻尔提出了他的着名的思想实验—“光子盒”。
实验的装置是一个一侧有一个小洞的盒子，洞口有一块挡板，里面放了一只能控制挡板开关的机械钟。小盒里装有一定数量的辐射物质。这只钟能在某一时刻将小洞打开，放出一个光子来。这样，它跑出的时间就可精确地测量出来了。同时，小盒悬挂在弹簧秤上，小盒所减少的质量，也即光子的质量便可测得，然后利用质能关系E=mc 2 便可得到能量的损失。这样，时间和能量都同时测准了，由此可以说明测不准关系是不成立的，玻尔一派的观点是不对的。
描述完了他的光子盒实验后，爱因斯坦看着哑口无言、搔头抓耳的玻尔，心中暗暗得意。不想好梦不长，只经过了一个夜晚，第二天，波尔居然‘以其人之道，还治其人之身’，找到了一段最精彩的说辞，用爱因斯坦自己的广义相对论理论，戏剧性地指出了爱因斯坦这一思想实验的缺陷。
光子跑出后，挂在弹簧秤上的小盒质量变轻即会上移，根据广义相对论，如果时钟沿重力方向发生位移，它的快慢会发生变化，这样的话，那个小盒上机械钟读出的时间就会因为这个光子的跑出而有所改变。换言之，用这种装置，如果要测定光子的能量，就不能够精确控制光子逸出的时刻。因此，波尔居然用广义相对论理论中的红移公式，推出了能量和时间遵循的测不准关系！
无论如何，尽管爱因斯坦当时被回击得目瞪口呆，却仍然没有被说服。不过，他自此后，不得不有所退让，承认了玻尔对量子力学的解释不存在逻辑上的缺陷。“量子论也许是自洽的”他说，“但却至少是不完备的”因為他认為，一个完备的物理理论应该具有确定性，实在性，和局域性！
玻尔虽然机敏地用广义相对论的理论回击了爱因斯坦“光子盒”模型的挑战，自己心中却仍然不是十分踏实，自觉辩论中有些投机取巧的嫌疑！从经典的广义相对论出发，是应该不可能得到量子力学测不准原理的，这其中许多疑问仍然有待澄清。况且，谁知道这个爱因斯坦下一次又会想出些什么新花招呢？玻尔口中不停地念着：“爱因斯坦，爱因斯坦……爱因斯坦，爱因斯坦……”心中无比感慨。玻尔对这第二个回合的论战始终耿耿于怀，直到1962年去世。据说，他的工作室黑板上还一直留着当年爱因斯坦那个光子盒的图。
波爱之争的第三个回合，就到了1935年，这场论战达到了它的顶峰。这就是我们下一篇要讲到的EPR佯谬，它将引领我们进入此贴的主题：量子纠缠。

这段发不上来，不知道哪里有敏感字。

插入一段爱因斯坦的故事：1948年，普林斯顿的费曼在惠勒的指导下，完成了他的博士论文，他以惠勒早期的一个想法为基础，开创了用路径积分来表述量子力学的方法。当年，惠勒曾经将费曼的论文交给爱因斯坦看，并对爱因斯坦说：“这个工作不错，对吧？”又问爱因斯坦：“现在，你该相信量子论的正确性了吧！” 爱因斯坦沉思了好一会儿，脸色有些灰暗，怏怏不快地说：“也许我有些什么地方弄错了。不过，我仍旧不相信老头子（上帝）会掷骰子！”
再回到波爱第3次论战：当年的爱因斯坦，初来乍到普林斯顿，语言尚且生疏，生活不甚顺畅，因此，他不堪孤身独战，找了两个合作者，构成了一个被物理学家们称为不是十分恰当的组合。
Boris Podolsky和Nathan Rosen是爱因斯坦在普林斯顿高等研究院的助手。1935年3月，Physics Review杂志上发表了他们和爱因斯坦署名的EPR论文。文章中描述了一个佯谬，之后，人们就以署名的三位物理学家名字的第一个字母命名，称为“EPR佯谬”。

EPR原文中使用粒子的坐标和动量来描述爱因斯坦构想的理想实验，数学表述非常复杂。后来，波姆用电子自旋来描述EPR佯谬，就简洁易懂多了。EPR论文中涉及到“量子纠缠态”的概念。这个名词当时还尚未被爱因斯坦等3位作者采用。（“纠缠”的名字是薛定谔在EPR论文之后不久，得意洋洋地牵出他那只可怖的猫时候，第一次提到的。）因此，我们首先解释一下，何谓纠缠态？
读者应该还记得我们解释过的“量子迭加态”。迭加态这个概念一直贯穿在我们这系列文章中，从薛定谔的猫，到双缝实验中有分身术的孙悟空，不都是这个匪夷所思的“迭加态”在作怪吗？不过，迭加态的解释，都是针对一个粒子而言的。如果把迭加态的概念用于两个以上粒子的系统，就更产生出来一些怪之又怪的现象，那些古怪行为的专利，就该归功于“量子纠缠态”。
比如，我们考虑一个两粒子的量子系统。也就是说，有两个会分身的孙悟空同居一室，会有些什么样的状况发生呢？所有的状况不外乎归于两大类，一类是：两对孙悟空互不搭架，自己只和自己的分身玩。这种情况下的系统，可看作是由两个独立的粒子组成，没有产生什么有意思的新东西。
另一类情况呢，也就是两对孙悟空互相有关系的情况了。我们借用“纠缠”这个词来描述它们之间的互相关联。也就是说，这种情形下，两对量子孙悟空‘互相纠缠’，难舍难分。有趣的是，将来竟然有人出来证明说，这量子孙悟空之间亲密无间的程度，不是我等常人所能理解的，可以超过我们这个‘经典’人间所能达到的任何境界，任何极限哦。于是，我们只好叹息一声说：啊，这就是‘量子纠缠态’。
爱因斯坦等叁人提出的假想实验中，描述了两个粒子的互相纠缠：想象一个不稳定的大粒子衰变成两个小粒子的情况，两个小粒子向相反的两个方向飞开去。假设该粒子有两种可能的自旋，分别叫“左”和“右”，那么，如果粒子A的自旋为“左”，粒子B的自旋便一定是“右”，以保持总体守恒，反之亦然。我们说，这两个粒子构成了量子纠缠态。

用我们有关孙悟空的比喻将爱因斯坦的意思重复一遍：大石头中蹦出了两个孙悟空。每个孙悟空都握着一根金箍棒。这金箍棒有一种沿着轴线旋转的功能：或者左旋，或者右旋。两个孙悟空的金箍棒旋转方向互相关联：如果孙A的金箍棒为“左” 旋，孙B的金箍棒便一定是“右” 旋，反之亦然。我们便说，这两个孙悟空互相纠缠。
大石头裂开了，两个互相纠缠的孙悟空（A和B）并不愿意同处一室，而是朝相反方向拼命跑，它们相距越来越远，越来越远……。根据守恒定律，它们应该永远是“左右”关联的。然后，如来佛和观音菩萨同时分别在天庭的两头，抓住了A和B。根据量子论，只要我们不去探测，每个孙悟空的金箍棒旋转方向都是不确定的，处在一种左/右可能性迭加的混合状态（比如，各50%）。但是，两个孙悟空被抓住时，A、B金箍棒的迭加态便在一瞬间坍缩了，比如说，孙悟空A立刻随机地作出决定，让其金箍棒选择 “左”旋。但是，因为守恒，孙悟空 B就肯定要决定它的金箍棒为“右”旋。问题是，在被抓住时，孙悟空A和孙悟空B之间已经相隔非常遥远，比如说几万光年吧，它们怎么能够做到及时地互相通信，使得B能够知道A在那一霎那的随机决定呢？除非有超距瞬时的信号（心灵感应）来回于两个孙悟空之间！而这超距作用又是现有的物理知识不容许的。于是，这就构成了佯谬。因此，EPR的作者们洋洋得意地得出结论：波尔等人对量子论的几率解释是站不住脚的。

此一时彼一时！这时的波尔，已经知己知彼、老谋深算。他深思熟虑地考虑了一阵之后，马上上阵应战。很快就明白了，爱因斯坦的思路完全是经典的，总是认为有一个离开观测手段而存在的实在世界。这个世界图像是和波尔代表的哥本哈根派的“观测手段影响结果”的观点完全不一致的。玻尔认为，微观的实在世界，只有和观测手段连起来讲才有意义。在观测之前，并不存在两个客观独立的孙悟空实在。只有波函数描述的一个互相关联的整体，并无相隔甚远的两个分体，既然只是协调相关的一体，它们之间无需传递什么信号！因此，EPR佯谬只不过是表明了两派哲学观的差别：爱因斯坦的“经典局域实在观”和波尔一派的“量子非局域实在观”的根本区别。
当然，哲学观的不同是根深蒂固难以改变的。爱因斯坦绝对接受不了玻尔的这种古怪的说法，即使在之后的二叁十年中，玻尔的理论占了上风，量子论如日中天，它的各个分支高速发展，给人类社会带来了伟大的技术革命。爱因斯坦仍然固执地坚持他的经典信念，站在反对量子论的那边。
约翰·惠勒，曾经与波尔及爱因斯坦在一起工作过，被人称为“哥本哈根学派的最后一位大师”，直到2008年去世，惠勒90多岁的高龄还在继续思考量子力学中的哲学问题。记得惠勒曾引用玻尔的话说，“任何一种基本量子现象只在其被记录之后才是一种现象”。意思就是说，比如我们上面说到的两个互相纠缠的孙悟空，在被抓住之前，它们到底在哪里？离多远？是个什么模样？有没有金箍棒？金箍棒是左旋还是右旋？哥本哈根派认为，这些全都是些无意义的、不该问的问题。还没有被如来佛和观音抓住之前，没有什么所谓的“两个孙悟空”，它们并不是真实存在的东西！
惠勒对量子论的贡献是非同一般的。在1979年，为纪念爱因斯坦诞辰100周年的普林斯顿讨论会上，提出的所谓“延迟选择实验”（delayed choice experiment）。这个“延迟选择实验”，是我们讨论过的“电子双缝干涉”实验的一个令人吃惊的新版本。在新构想中，惠勒戏剧化地将实验稍加改变，便可以使得实验员能在电子已经通过双缝之后，作出“延迟决定”，从而改变电子通过双缝时的历史！这种十分怪异的，好像能从将来触摸到过去的说法，量子论的哥本哈根派又如何解释呢？这个实验彻底地挑战了经典物理的因果律。

惠勒曾经用一个龙图来说明这一点。这个龙图也可以用费曼的路径积分观点来理解：龙的头和尾巴对应于测量时的两个点，在这两点测量的数值是确定的。根据量子力学的路径积分解释，两点之间的关联可以用它们之间的所有路径贡献的总和来计算。因为要考虑所有的路径，因此，龙的身体就将是糊里糊涂的一片（如下图所示）。

惠勒提出“延迟选择实验”时，已经到了1979年。早在1964年，出于捍卫爱因斯坦EPR论文的初衷，另一位杰出的英国物理学家，约翰•斯图尔特•贝尔（John Stewart Bell），就已经带着他的“贝尔不等式”，潇洒登场了。
惠勒不仅构想了“延迟选择实验”，也是提出验证光子纠缠态实验的第一人。他在1948年提出，由正负电子对湮灭后所生成的一对光子应该具有两个不同的偏振方向。一年之后，吴健雄和萨科诺夫成功地完成了这个实验，证实了惠勒的预言，生成了历史上第一对互相纠缠的光子。
物理理论是必须用实验来验证的，这就是为什么诸如波尔、爱因斯坦、惠勒这些大理论物理学家都非常热衷于提出一个又一个思想实验的原因。量子纠缠态近年来宏图大展，也是以实验中的不断突破为基础。这个突破起始于英国物理学家约翰•斯图尔特•贝尔，他用他著名的“贝尔不等式”，将爱因斯坦EPR佯谬中的思想实验推进到真实可行的物理实验。

我们再回到波爱之争的顶峰：EPR佯谬的问题上来。当时波尔写文章回击了爱因斯坦等人的质疑，世纪争论似乎平息了，哥本哈根诠释成为量子论的正统解释。并且，既然问题是出在两大巨头不同的的哲学观上，便引不起多少人的兴趣。大多数科学家已经很少关心他们的争执。量子论的成功有目共睹，科技革命的果实每个人都乐于分享，每天早上太阳照样从东方升起，谁也看不见波函数如何塌缩，又有谁管那些微观世界的小孙悟空们被抓之前是不是“真实存在”的呢？波尔有他的道理，只要抓住孙悟空时，它是存在的就行了！
当然，也总是有那么一些脑袋停不下来的理论物理学家，仍然在冥思苦想这些问题：如何解释量子论中诡异的相干性和纠缠性呢？在此我们顺便总结一下前几节中我们所学到的：相干性涉及光和粒子的波粒二相性，最简单的例子是双缝干涉实验；纠缠性是EPR论文中提出的，涉及多个粒子的纠缠态。这是了解量子论诡异性的两个层次。
其实，双方的争执为什么三番五次不能平息呢？关键问题是：爱因斯坦这边坚持的是一般人都具备的经典常识，波尔一方更执着于微观世界的观测结果。那么，既然爱因斯坦不同意波尔的几率解释，有人就总想找出别的解释，既能照顾到爱因斯坦的“经典情结”，又能导出量子论的结论。这其中，支持度较多的有 ‘多世界诠释’和‘隐变量诠释’。
可以再借用薛定谔的猫来简述‘多世界诠释’：持这种观点的人认为，两只猫都是真实的。有一只活猫，有一只死猫，但它们位于不同的世界中。当我们向盒子里看时，整个世界立刻分裂成它自己的两个版本。这两个版本在其余的各个方面都是全同的。唯一的区别在于其中一个版本中，原子衰变了，猫死了；而在另一个版本中，原子没有衰变，猫还活着。
惠勒、霍金、费曼、温伯格等都在一定的程度上，支持‘多世界诠释’。实际上在目前，‘多世界诠释’已经代替‘哥本哈根诠释’，成为了量子论解释的主流派。但当初的爱因斯坦并不喜欢它，曾经诙谐地说：“我不能相信，仅仅是因为看了一只老鼠一眼，就使得宇宙发生了剧烈的改变！”的确，量子力学只涉及到微观粒子的问题，大可不必牵动整个宇宙！这其中的诡异性，恐怕比‘哥本哈根诠释’，有过之而无不及。因此，我们也回避回避，不在这里讨论它。
贝尔当初所热衷的，是‘隐变量’的问题。

在前面的‘波爱之争’一节中，我们用人掷硬币的例子来说明‘上帝掷骰子’，与‘人掷骰子’的区别。上抛的硬币，实际上是完全遵循确定的力学规律的，它之所以表现出随机性，是因为我們不了解硬币从手中飞出去時的詳細信息。也就是说，我们放弃了一些‘隐变量’：硬币飞出時的速度、角速度、方向、加速度……等等。如果忽略外界的影响，把这些隐变量全都计算进去，我们可以说：上抛硬币掉回原处时的状态是在离开手掌的那一刻就决定了的！
现在，贝尔想，爱因斯坦提出的EPR佯谬，是否也是因为我们忽略了某些隐变量的原因呢？贝尔更相信爱因斯坦的观点：既然两个互相纠缠的孙悟空被抓住的那一刹那，不可能瞬时超距地传递信息，那么，它们被抓住时候的状态，就应该是在它们从石头缝中蹦出来，互相分开的那一刻，就已经决定了。这就和我们掷硬币的情形类似。而不是像波尔所认为的那样，后来被抓住时，才临时随机选择而塌缩的！
贝尔要用实际行动来支持伟人爱因斯坦，要研究这其中潜藏着的隐变量！
可是，他一开始就碰到了高手：早在1932年，冯·诺依曼（J.Von Neumann）在他的著作《量子力学的数学基础》中，为量子力学提供了严密的数学基础，其中捎带着做了一个隐变量理论的不可能性证明。他从数学上证明了，在现有量子力学适用的领域里，是找不到隐变量的！
冯·诺依曼何等人物啊！天才神童，计算机之父。这位数学大师一言既出，二十年内，量子论的隐变量理论无人问津。还好，当贝尔在60年代碰到这堵高墙的时候，前面已经有人为他开路：美国物理学家戴维•玻姆（David Bohm）在50年代的工作，为冯·诺依曼的隐变量不可能性证明提供了一个实际的反例。而且，玻姆还将原来EPR论文中非常复杂的测量位置和动量的实验，简化成了测量‘电子自旋’的实验。