大贝尔实验:快速装逼指南

前两天大理寺卿给我发了大贝尔实验的链接。

点开看了一下感觉科普能做到这个地步还真是让人兴奋呢~


讲解大贝尔实验的文章不少了,然而大盒神还是决定跟风做个科普文。

。。。为什么呢?

因为如果你们去网上搜索BBT怎么回事的话,你看到的可能是





这种充满逼格名词的科普文真的有人看吗?懂的人不怎么需要看,不懂的人会觉得读起来很困难吧。。。

大盒神的目的很直接,就是不求面面俱到,但求通俗易懂。


当然每一句话都是大盒神仔细考究之后才写的,准确度已通过质检。。。

哈?你问我能不能展开讨论?大盒神想到了自己教授上课经常说的



当然果壳的头条文章还是强烈建议大家看看的。

总结起来果壳想说:

一、定域理论:信息的传播速度是有限的。

二、隐变量理论(决定论):事物的发展是可预测的,至少是理论上可预测的‘

三、一和二不能同时满足。

大盒神首先来讲一讲历史故事。。。

差不多九十年之前(1927年),关于量子理论的完备性有一场巨大的争论。


观众:等等,我似乎还看到了一个叫波姆的人?


贝尔是设计实验验证的那个人。


然而无数贝尔实验最终证明爱因斯坦阵营似乎是错的。。。


这就非常尴尬了。

但之所以是似乎,因为贝尔实验在设计上有一些无法避免的误差,让隐变量阵营还勉强保留着一丝希望。

以上。


整篇开始↓

先说结论,

敲敲敲产生的是决定随机取哪个观测方向的数字,一切只为了够随机。

其实大盒神觉得各位对大贝尔实验最迷惑的地方不是它的原理,而是

自由意志产生随机数?!

这个很哲♂学♂的说法,真的好吗?


王的凝视

别说。。。自由意志漏洞还真是。。。一个科学上的概念。。。好奇你就往下读呀。

贝尔实验在干嘛?

初中物理:一对纠缠的量子,测其中一个会得到上,那么另一个一定是下。


一对纠缠的量子会处于相反的测量状态

为什么一定就会一上一下呢?

你可以把量子理解成一段程序黑箱,而测量就是按黑箱上的按钮。按了就有输出,也就是测量结果。

而这段程序如何工作有两种解释:

1. 两个量子走的是完全相反的程序,所以在同样的输入之后a和b输出相反的结果。


2. 测量a之后a用某种方式告诉b“我向上了”,然后b输出相反的结果。


电脑一般会选择b,因为跑得快一些。。。如果你也支持b,恭喜你,你是隐变量阵营的。

a是怎么告诉b的?我不知道啊。

。。。那就干脆叫隐变量吧


隐变量真的是一个很常见的概念。在生活中他基本上就是


销售模型,心理分析的时候凡是有说不清的东西让结果没那么显著,

。。。。。隐变量快来背锅。。。。。


Anyway反正都解释的通。。。但是验证到底有没有隐变量是个很大的问题_(:τ」∠)_

最自然的想法就是,找办法切断隐变量的联系就好了嘛~

然而程序你可以拔掉wifi,量子和普通的程序不一样,你是没法把他们之间的联系找出来切断的。一般的实验观测,两种理论给出的结果都一样。

举个例子如果你恰好测上下,

那肯定是上旋就是上,下旋就是下。

如果测量角度和量子的方向有偏角,最简单60°,那么有3/4概率测得上,1/4测得下。


可是两种解释都会给你这个答案。。。

也许你会问怎么解释这个问题真有必要吗?就好像牛三定律,打人的也疼,这也需要理由嘛?

爱因斯坦表示


大家也知道,测不准原理可以理解为动量和位移不能同时知道。

纳尼?这就有问题了呀,爱因斯坦:如果我在两个量子相距很远之后测了a的位移,远到两者不会影响,再测b的动量,两个的状态不就都知道了嘛?


波尔:老师,我有问题。




这可是涉及到有没有命中注定可能的大问题啊喂。这个让量子力学测不准的变量到底存不存在呢?说人话:如果你知道了做从古到今所有的变量,你能够预测未来吗?

为了结束这场争论,贝尔想到了一个很精彩的设计:用随机把隐变量逼出来。

前方高能预警↓↓↓

我知道如果一次只测两个相反的方向,不会有任何区别。

可是只要加多一个变成三个可选方向,情况就会大不一样。

具体来讲就是两边随机选测量的方向,统计结果是否相同。

有隐变量假设的,你会得到5/9相同


从123里面各挑一个结果,会得到九种组合


而量子力学假设,则是一开始就决定好了各个方向的概率,所以概率相同和不同应该各占一半。

打个比方就是,如果第一个粒子测了是上旋,那么第二个粒子得到下旋的概率和上旋结果是耦合的。虽然九种组合都会出现但是方向不同的组合概率会降低,最终变成一半一半。

当然隐变量依然可以背这个锅的。


很久以前两个探测器选择的方向就已经因为说不清的关系商量好来迷惑你了啊。

怎样才能排出这种说不清的关系,就只能增加测量方向的随机性了~

啊啊随机性终于登场了。。。

随机性想打破的其实就是定域性(局域性)。用人话来说就是:因为我们也不知道隐变量什么时候跑出来决定两个随机选取的方向是不是有跨越时空的约定导致他们又串通好了来迷惑你啊!!

所以尽量要选择光锥(世界线)不要有交叉的事件来作为随机数发生器啊!

按照贝尔的假设,如果两个东西光锥有不太远的交点,那么隐变量就会告诉他们要做相反的事!

除非你在时空上隔得够远,否则你这一对用来做实验的光子之间就会串通好的。


举个例子目前为止最完备的验证贝尔不等式的实验是用两个相隔超远的超新星作为随机数发生器,因为实在是太远了,可以认为他们两个的前世今生没有纠结。


但是这种实验有个缺点,就是太远了观测的途中好多光子跑丢了啊!!!

科学家表示


所以科学家提出来另一个很哲学的设定,就是人的自由意志是不受隐变量控制的,人的选择不完全符合因果律。

如果你信,请尽情参与随机测量的生成吧~

(整篇完结)


我知道有人特别钟意哲学的总结,非要问我该怎么理解的,你可以参考下面这句:

你信命吗?

不信就来产生一点随机数吧。。。。

然而。。。。。你要问我资词不资词,我只能说,你们还真挺会搞大新闻的┑( ̄Д  ̄)┍自由意志什么的,我真不care。。。

参考文献

[1]  A. Einstein, B. Podolsky, N.Rosen. "Can quantum-mechanical description of physical reality be consideredcomplete?" Phys. Rev.47, 777 (1935).

[2]  J. S. Bell. "On the EinsteinPoldolsky Rosen paradox." Physics1,195 (1964).

[3]  A. Leggett, (2009), Aspect experiment, Compendium of Quantum Physics, Edited by D Greenberger, K Hentschel and F Weinert (Berlin: Springer) pp 14–18.

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