科學(xué)知識(shí)與生活實(shí)踐的對(duì)接

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在量子力學(xué)里，當(dāng)幾個(gè)粒子在彼此相互作用后，由于各個(gè)粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質(zhì)，無(wú)法單獨(dú)描述各個(gè)粒子的性質(zhì)，只能描述整體系統(tǒng)的性質(zhì)，則稱這現(xiàn)象為量子纏結(jié)或量子糾纏。量子糾纏是一種純粹發(fā)生于量子系統(tǒng)的現(xiàn)象；在經(jīng)典力學(xué)里，找不到類似的現(xiàn)象。

假設(shè)一個(gè)零自旋中性π介子衰變成一個(gè)電子與一個(gè)正電子。這兩個(gè)衰變產(chǎn)物各自朝著相反方向移動(dòng)。電子移動(dòng)到區(qū)域A，在那里的觀察者“愛麗絲”會(huì)觀測(cè)電子沿著某特定軸向的自旋；正電子移動(dòng)到區(qū)域B，在那里的觀察者“鮑勃”也會(huì)觀測(cè)正電子沿著同樣軸向的自旋。在測(cè)量之前，這兩個(gè)糾纏粒子共同形成了零自旋的“糾纏態(tài)”。其中，

分別表示粒子的自旋為上旋或下旋。下標(biāo) e 表示電子的自旋狀態(tài)。下標(biāo) p 表示正電子的自旋狀態(tài)。在圓括弧內(nèi)的第一項(xiàng)表明，電子的自旋為上旋當(dāng)且僅當(dāng)正電子的自旋為下旋；第二項(xiàng)表明，電子的自旋為下旋當(dāng)且僅當(dāng)正電子的自旋為上旋。兩種狀況疊加在一起，每一種狀況都有可能發(fā)生，不能確定到底哪種狀況會(huì)發(fā)生，因此，電子與正電子糾纏在一起，形成糾纏態(tài)。假若不做測(cè)量，則無(wú)法知道這兩個(gè)粒子中任何一個(gè)粒子的自旋，根據(jù)哥本哈根詮釋，這性質(zhì)并不存在。這單態(tài)的兩個(gè)粒子相互反關(guān)聯(lián)，對(duì)于兩個(gè)粒子的自旋分別做測(cè)量，假若電子的自旋為上旋，則正電子的自旋為下旋，反之亦然；假若電子的自旋下旋，則正電子自旋為上旋，反之亦然。量子力學(xué)不能預(yù)測(cè)到底是哪一組數(shù)值，但是量子力學(xué)可以預(yù)言，獲得任何一組數(shù)值的概率為50%。

粒子沿著不同軸向的自旋彼此之間是不相容可觀察量，對(duì)于這些不相容可觀察量作測(cè)量必定不能同時(shí)得到明確結(jié)果，這是量子力學(xué)的一個(gè)基礎(chǔ)理論。在經(jīng)典力學(xué)里，這基礎(chǔ)理論毫無(wú)意義，理論而言，任何粒子性質(zhì)都可以被測(cè)量至任意準(zhǔn)確度。貝爾定理是已被實(shí)驗(yàn)證明，即對(duì)兩個(gè)不相容可觀察量做測(cè)量得到的結(jié)果不遵守貝爾不等式。因此，量子糾纏是個(gè)非經(jīng)典現(xiàn)象（指那些無(wú)法用經(jīng)典物理學(xué)來(lái)解釋的現(xiàn)象）。

不確定性原理的維持必須倚賴量子糾纏機(jī)制。例如，設(shè)想先前的一個(gè)零自旋中性π介子衰變案例，兩個(gè)衰變產(chǎn)物各自朝著相反方向移動(dòng)，分別測(cè)量電子的位置與正電子的動(dòng)量，假若量子糾纏機(jī)制不存在，則可借著守恒定律預(yù)測(cè)兩個(gè)粒子各自的位置與動(dòng)量，這違反了不確定性原理。由于量子糾纏機(jī)制，粒子的位置與動(dòng)量遵守不確定性原理。

從以相對(duì)論性速度移動(dòng)的兩個(gè)參考系分別測(cè)量?jī)蓚€(gè)糾纏粒子的物理性質(zhì)，盡管在每一個(gè)參考系，測(cè)量?jī)蓚€(gè)粒子的時(shí)間順序不同，獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)仍舊違反貝爾不等式，仍舊能夠可靠地復(fù)制出兩個(gè)糾纏粒子的量子關(guān)聯(lián)……

(責(zé)任編輯：佚名)