量子纠缠现象是被谁证实（量子纠缠是物理学中最奇怪的现象）

当两个粒子纠缠在一起时，一个粒子的状态与另一个粒子的状态相关联

2022年诺贝尔物理学奖表彰了三位科学家，他们在理解所有自然现象中最神秘的现象之一：量子纠缠方面做出了开创性贡献。

用最简单的术语来说，量子纠缠意味着纠缠对中一个粒子的方面取决于另一个粒子的方面，无论它们相距多远或它们之间存在什么。例如，这些粒子可以是电子或光子，一个方面可以是它所处的状态。

量子纠缠的奇怪之处在于，当你测量纠缠对中的一个粒子时，你会立即了解另一个粒子，即使它们相隔数百万光年。两个粒子之间的这种奇怪联系是瞬间的，似乎打破了宇宙的基本规律。阿尔伯特爱因斯坦将这种现象称为“远距离的幽灵行动”。

直到 1970 年代，研究人员仍然对量子纠缠是否是真实现象存在分歧。并且有充分的理由——谁敢与自己怀疑的伟大的爱因斯坦相矛盾？新实验技术的发展和大胆的研究人员终于揭开了这个谜团。

要真正了解量子纠缠的诡异，首先要了解量子叠加。量子叠加是粒子同时以多种状态存在的想法。当进行测量时，就好像粒子选择了叠加态中的一种。

例如，许多粒子具有称为自旋的属性，对于分析仪的给定方向，该属性被测量为“向上”或“向下”。但是在你测量一个粒子的自旋之前，它同时存在于自旋向上和自旋向下的叠加中。

每个状态都有一个概率，并且可以从许多测量中预测平均结果。单个测量值上升或下降的可能性取决于这些概率，但其本身是不可预测的。

虽然很奇怪，但数学和大量实验表明，量子力学正确地描述了物理现实。

量子纠缠的诡异源于量子叠加的现实，在 1920 年代和 1930 年代发展该理论的量子力学的奠基者们清楚这一点。

要创建纠缠粒子，您基本上将一个系统分成两部分，其中部分的总和是已知的。例如，您可以将一个自旋为零的粒子分成两个自旋必然相反的粒子，因此它们的总和为零。

阿尔伯特·爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基和内森·罗森在 1935 年指出了量子纠缠的一个明显问题，这促使爱因斯坦将量子纠缠描述为“幽灵般的远距离动作”。

1935 年，阿尔伯特·爱因斯坦、鲍里斯·波多尔斯基和内森·罗森发表了一篇论文，描述了一个思想实验，旨在说明量子纠缠看似荒谬，它挑战了宇宙的基本定律。

这个思想实验的简化版本，归因于 David Bohm，考虑了一种称为 pi 介子的粒子的衰变。当这个粒子衰变时，它会产生一个电子和一个正电子，它们具有相反的自旋并且彼此远离。因此，如果测量到电子自旋向上，那么测量的正电子自旋只能向下，反之亦然。即使粒子相距数十亿英里也是如此。

如果电子自旋的测量值总是向上并且正电子的测量自旋总是向下，这会很好。但是由于量子力学，每个粒子的自旋在被测量之前都是部分向上和部分向下的。只有当测量发生时，自旋的量子态才会“塌缩”为向上或向下——瞬间将另一个粒子塌缩为相反的自旋。这似乎表明粒子通过某种比光速更快的方式相互通信。但根据物理定律，没有什么能比光速更快。一个粒子的测量状态肯定不能立即确定宇宙远端另一个粒子的状态吗？

包括爱因斯坦在内的物理学家在 1930 年代提出了许多对量子纠缠的替代解释。他们推测有一些未知的属性——被称为隐藏变量——决定了粒子在测量之前的状态。但当时，物理学家没有技术，也没有明确的测量定义来测试量子理论是否需要修改以包含隐藏变量。

直到 1960 年代才有答案的线索。约翰·贝尔（John Bell）是一位才华横溢的爱尔兰物理学家，他没有活到获得诺贝尔奖，他设计了一个方案来测试隐变量的概念是否有意义。

贝尔提出了一个现在被称为贝尔不等式的方程，它对于隐变量理论总是正确的——而且只有正确的——而不是量子力学。因此，如果在真实世界的实验中发现贝尔方程不满足，则可以排除局部隐变量理论作为量子纠缠的解释。

爱尔兰物理学家约翰·贝尔想出了检验量子纠缠是否依赖隐变量这一现实的方法

2022 年诺贝尔奖获得者的实验，尤其是Alain Aspect的实验，是对贝尔不等式的首次检验。这些实验使用纠缠光子，而不是像许多思想实验那样成对的电子和正电子。结果最终排除了隐藏变量的存在，这是一种可以预先确定纠缠粒子状态的神秘属性。总的来说，这些和许多 后续 实验证明了量子力学的正确性。物体可以以量子力学之前的物理学无法解释的方式在很远的距离上相互关联。

重要的是，狭义相对论也没有冲突，狭义相对论禁止超光速通信。远距离的测量是相关的这一事实并不意味着信息在粒子之间传输。对纠缠粒子进行测量的两方相距甚远，无法利用这种现象以比光速更快的速度传递信息。

今天，物理学家继续研究量子纠缠并研究潜在的 实际应用。尽管量子力学可以以令人难以置信的准确度预测测量的概率，但许多研究人员仍然怀疑它是否提供了对现实的完整描述。不过，有一件事是肯定的。关于量子力学的神秘世界还有很多话要说。