沒人看的時候月亮存在嗎?讓愛因斯坦夢碎的超距幽靈

沒人看的時候月亮存在嗎?讓愛因斯坦夢碎的超距幽靈

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「超距作用」——量子力學的一個特性,令愛因斯坦一直難以接受,甚至提出思想實驗,以量子力學推出的一個奇怪現象,企圖證明量子力學並不完整。但物理學家卻發現,現實中的確會有這個奇怪現象,錯誤的是愛因斯坦。

科學史正悄然越過分水嶺。上月 21 日,荷蘭Delft大學團隊率先完成始自70年代的「貝爾不等式」實驗,首次嚴謹地否定「近距唯實論(local realism) 」,承認令愛因斯坦「毛骨悚然」的超距作用存在。發表論文的Nature期刋以《量子力學:實驗判定近距唯實論已死》為題報導,「基礎科學的近距唯實論的假設與量子力學有矛盾,而後者的預測現已在無漏洞的實驗當中得到證實」。有中文媒體誤為「超光速瞬間移動」的科學幻想,懵然不知,動搖科學根基的「超距(non-locality)」幽靈已重臨物理世界

今年是物理學大日子。百年前,愛因斯坦發表廣義相對論,取代瞬間隔空傳遞重力的牛頓學說。近距唯實論自此主宰物理世界,一切現象只能在光速可及的近距時空內發生。1915年11月25日那天,愛因斯坦將超距作用逐出古典物理世界,卻想不到,幽靈就藏身在他世紀初共同創立的微觀量子世界。

在量子世界,一切在測量前都不能確定。假如有兩顆曾在近距纏繞的粒子,分離後測量其一,另一必同時顯現同一結果;其間猶如心靈感應的同步關連,無分因果,無遠弗屆,就是薜定格稱為「量子纏繞」,愛因斯坦視為Spooky的超距作用。

在新書《Spooky Action At A Distance》中,作者George Musser以兩個魔術錢幣作比喻,即使相隔星際之遙,它們永遠都會擲出相同結果。

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1935年,愛因斯坦與量子力學之父波爾展開一連串歷史性激辯後,聯同兩位年輕同事發表後世稱為EPR的經典論文,透過分析纏繞為一體的兩顆粒子的共同波函數,論證其物理特性客觀地存在,留下一句「不被觀察的月亮不存在嗎?」名言質疑量子世界的真實。

在愛因斯坦的古典物理世界,存在先於觀察,「這邊的粒子不會理會你怎樣打擾那一邊的粒子」。既然量子纏繞確實存在,就只能假設,量子學說以外有隱藏的因素操縱結果,造成遙距同步的現象。因此,EPR論文指控,量子學說描述的物理世界並不完整。

然而,「不完整」的量子學說百年來推動科技發展,完成基礎物理的標準模型,成就無庸置疑。不過,愛因斯坦終生未能擁抱量子,並非只因 “God doesn’t play dice” 。令他耿耿於懷的,是EPR 論文未有明言的超距作用:

上帝的旨意難以窺探。但我從不相信上帝擲骰子的同時,使出心靈感應法子。

1964年,John Bell進一步證明,沒有任何隱藏的因素能解釋量子纏繞的超距作用,並由EPR的思想實驗伸延至一個可供測量的不等式,令近距唯實論得以通過科學實驗接受審判。科學哲學家 Tim Maudlin去年曾在「貝爾不等式」50週年之際,總結這個艱澀難明的定理:在任何世界,若在其中進行的遠距實驗違反不等式,該世界必非近距(即容許超距現象)。

在Delft團隊的歷史性實驗,纏繞狀態中的電子相隔1.3公里,通過高速隨機的測量杜絕低於光速交流的可能性,亦堵塞了一直存在的其它漏洞。實驗結果違反貝爾不等式,宣告超距作用存在於我們的現實世界。

不過,超距作用並不構成「超光速瞬間移動」的可能性,亦不能用以傳遞訊息。光速依然是一切交互作用的極限。不過,Delft團隊的無漏洞量測量技術能令密碼傳訊牢不可破,推動早已走在科學哲學爭論之前的量子技術。

超距作用已震撼物理世界的根基,短短千字未能觸及皮毛。 George Musser及時出版新作,是最好的入門。

本文獲授權轉載,原刊於《蘋果日報》,此為加長版本。

責任編輯:周雪君
核稿編輯:tnlhk


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