貝爾傳奇(四)-科學人雜誌
形上集

貝爾傳奇(四)

2023-02-01 高涌泉
被EPR當成神聖前提的只有「沒有鬼魅般的超距作用」。
▲ 圖源:Andrew George, Unsplash

我在2023年1月號專欄「形上集」說明了愛因斯坦是實在論者:他相信若透過觀測而得知一個粒子的位置,只不過是揭露這個粒子在測量前原本就已具有的特性;換句話說,粒子時時刻刻都存在於空間中某個位置,亦即粒子有所謂的軌跡可言。由於量子力學不談論粒子的軌跡,愛因斯坦因此認定量子力學不完備。

愛因斯坦提出了犀利的「EPR論證」來支持這樣的信念,如果量子力學沒有愛因斯坦所說的缺點,物理學家就必須找出EPR論證的漏洞。儘管絕大多數物理學家相信波耳的回應已經反駁了EPR,貝爾卻以為眾人其實並沒真切理解EPR論證,以致未能嚴肅看待EPR論證所點出的問題。

但經過多年的爭辯,物理學家已有共識,EPR論證的核心在於「分離性」(separability)與「局域性」(locality)。所謂分離性指的是兩個相隔很遠的系統S1與S2,它們會有各自獨立的物理狀態;局域性指的是對S1(S2)所做的測量不能以超光速方式影響S2(S1)。分離性與局域性很明顯符合相對論原理,被愛因斯坦認為是不可違背的合理要求。若不是這樣,愛因斯坦堅決反對的「鬼魅般的超距作用」(spooky action at a distance)就可能存在。以分離性與局域性為前提,配合上高明的想像實驗,EPR論證才能推論出一個粒子可以同時具有明確的位置與動量,而這是量子力學做不到的。

EPR論證其實沒有太過彰顯分離性與局域性的重要性,僅僅寫了「如果我們不去干擾一個系統」,或是「我們假設這兩個系統之間不再有任何交互作用」之類的說明,這就容易令讀者忽視這些前提所扮演的關鍵角色……


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