爱因斯坦的伟大错误:量子纠缠态 -查德·欧泽
-
0:06 - 0:08凭借着光电效应理论,
-
0:08 - 0:13阿尔伯特·爱因斯坦在量子力学领域奠定了重要的地位。
-
0:13 - 0:17但他对这一理论的哲学蕴意始终深感困扰。
-
0:17 - 0:21虽然爱因斯坦以推导出质能方程E=mc^2而闻名于世,
-
0:21 - 0:27但实际上,他对物理学的最后巨献
是一篇发表于1935年的论文。 -
0:27 - 0:32论文合著者是他年轻的同事们:
鲍里斯·波多尔斯基和纳森·罗森。 -
0:32 - 0:36即使直到20上世纪80年代,
它都被当作一个奇怪的哲学脚注, -
0:36 - 0:42这篇阐述爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论(简称EPR)
的论文现在成为了重新理解量子物理学的中心, -
0:42 - 0:44因为文中描述了一个奇怪的现象,
-
0:44 - 0:48现在人们称这种现象为纠缠态。
-
0:48 - 0:52这篇论文先考虑一个可以产生成对的粒子的源,
-
0:52 - 0:55每个粒子有两个可测量的属性,
-
0:55 - 0:58每个属性的测量都有两种可能的结果,
-
0:58 - 0:59两种结果出现的概率是相等的。
-
0:59 - 1:02假设第一个属性的测量结果是:状态0或者状态1,
-
1:02 - 1:04第二个属性的测量结果是:状态A或者状态B。
-
1:04 - 1:05一旦一个粒子的一个属性被测量了一次,
-
1:05 - 1:09无论再测量多少次这一个粒子中的这一个属性,
-
1:09 - 1:12都会得到同样的结果。
-
1:12 - 1:14这种现象的奇怪之处在于,
-
1:14 - 1:16它不仅表明了一个单粒子的状态
-
1:16 - 1:18在被测量之前是不确定的,
-
1:18 - 1:21它也表明了,测量这个行为本身
决定了粒子的状态。 -
1:21 - 1:24而且,测量之间也是互相影响的。
-
1:24 - 1:27如果你测量一个粒子的第一个属性,
它的测量结果是状态1, -
1:27 - 1:29你接着测量这个粒子的第二个属性,
-
1:29 - 1:32你有50%的几率得到状态A或者状态B。
-
1:32 - 1:35但是,如果你再回头去测量第一个属性,
-
1:35 - 1:38即使它已经被测量过一次并得到了结果1,
-
1:38 - 1:41你也将有50%的几率得到状态0。
-
1:41 - 1:45所以,轮流测量一个粒子的不同属性会重置原始的结果,
-
1:45 - 1:47让一个全新的、随机的结果变成可能。
-
1:47 - 1:51如果你同时观察一对粒子,结果会变得更奇怪。
-
1:51 - 1:54两个粒子都会得到随机的测量结果,
-
1:54 - 1:55但是,如果你把它们放在一起比较,
-
1:55 - 1:59你会发现,它们总是完美地彼此相关。
-
1:59 - 2:02比如,如果两个粒子的测量结果都是状态0,
-
2:02 - 2:04它们的关联现象就会一直这样保持着。
-
2:04 - 2:07这两个粒子的状态会互相纠缠。
-
2:07 - 2:11测试其中的一个粒子,
就能准确无误地预测另一个粒子的状态。 -
2:11 - 2:16但是量子纠缠似乎违背了爱因斯坦提出的著名的相对论,
-
2:16 - 2:19因为两个粒子之间的距离是没有限制的。
-
2:19 - 2:21如果中午时,你在纽约测量一个粒子,
-
2:21 - 2:24一纳秒后,你在旧金山测试另一个粒子,
-
2:24 - 2:28它们还是会得出同样的测量结果。
-
2:28 - 2:30但是,如果测量这一行为决定了所得的结果,
-
2:30 - 2:35那么第一个粒子,就需要以光速的一千三百万倍的速度
-
2:35 - 2:37向第二个粒子传递某些信息,
-
2:37 - 2:41而相对论认为,这是不可能实现的事情。
-
2:41 - 2:46基于这个理由,
爱因斯坦驳斥这一现象为"spuckafte ferwirklung", -
2:46 - 2:49或者说“远距离幽灵行为”。
-
2:49 - 2:51他认为,这一定是因为量子力学本身并不完善,
-
2:51 - 2:56两个粒子一定有一个我们所不知道的先决状态,
-
2:56 - 3:00而量子力学太过肤浅,不足以揭露与解释这一事实。
-
3:00 - 3:03而在尼尔斯·玻尔的带领下, 正统的量子理论支持者们坚称
-
3:03 - 3:07量子状态是真的不可确定,
-
3:07 - 3:10量子纠缠让一个粒子的状态
受另一个粒子的状态的影响, -
3:10 - 3:13即使它们相隔甚远。
-
3:13 - 3:16物理学因此陷入僵局,
-
3:16 - 3:20直至30年后,约翰·贝尔发现要解决EPR争论,
-
3:20 - 3:24我们应当观测对两个粒子的不同属性的测量。
-
3:24 - 3:29爱因斯坦、波尔多斯基、和罗森的“局域隐变量理论”
-
3:29 - 3:33严格地限定了得到1A或者B0这样的结果的几率,
-
3:33 - 3:37因为结果是可以被提前定义的。
-
3:37 - 3:40贝尔展示了纯粹的量子方法
-
3:40 - 3:43——粒子的状态在测量前是完全不可确定时——
-
3:43 - 3:46有着不同的限制,并以此预测了混合的测量结果,
-
3:46 - 3:49这些结果在粒子状态可预定的情况下不可能存在。
-
3:49 - 3:53贝尔得出检验EPR的理论的方法后,
-
3:53 - 3:55物理学家们照此展开了实验。
-
3:55 - 3:59从70年代的约翰·克劳泽
和80年代早期的阿兰·阿斯佩开始, -
3:59 - 4:03大量实验检验了EPR预测,
-
4:03 - 4:05并得出了同样的结论:
-
4:05 - 4:08量子力学是正确的。
-
4:08 - 4:12两个互相纠缠的粒子之间的
不确定状态的相关性是真实存在的, -
4:12 - 4:15而且无法被任何更深层次的变量所解释。
-
4:15 - 4:20那篇EPR论文被证明是错的,但它是个伟大的错误。
-
4:20 - 4:24通过引导物理学家们更深入地思考量子物理的基础,
-
4:24 - 4:27这篇论文使得量子理论得到了进一步的阐述和完善,
-
4:27 - 4:31也推动了对相关课题的研究,比如说量子信息学。
-
4:31 - 4:37这是一个新兴的领域,具有创造出超级电脑的潜力。
-
4:37 - 4:40不幸的是,测量结果的随机性
-
4:40 - 4:42让科幻小说里的场景无法成为现实,
-
4:42 - 4:46比如利用纠缠粒子超光速地传递信息。
-
4:46 - 4:49所以就现在而言,相对论是安全的,
-
4:49 - 4:54但是量子宇宙的奇特之处远远超出爱因斯坦的想像。
- Title:
- 爱因斯坦的伟大错误:量子纠缠态 -查德·欧泽
- Description:
-
完整课程视频:http://ed.ted.com/lessons/einstein-s-brilliant-mistake-entangled-states-chad-orzel
当你想到爱因斯坦和物理学时,质能方程E=mc^2大概会第一个跳入你脑海中。但是爱因斯坦对物理学最伟大的贡献之一,实际上是一个奇怪的哲学性的脚注。这个脚注被写在他于1935年合著的一篇论文之中,并被证实是错误的。查德·欧泽详细的阐述了爱因斯坦的“EPR”论文,和其中对于量子纠缠态这一奇怪想象的见解。
授课——查德·欧泽,动画制作——甘博格/班雅
- Video Language:
- English
- Team:
- closed TED
- Project:
- TED-Ed
- Duration:
- 05:10
Jenny Yang approved Chinese, Simplified subtitles for Einstein's brilliant mistake: Entangled states - Chad Orzel | ||
Qingqing Mao edited Chinese, Simplified subtitles for Einstein's brilliant mistake: Entangled states - Chad Orzel | ||
Qingqing Mao edited Chinese, Simplified subtitles for Einstein's brilliant mistake: Entangled states - Chad Orzel | ||
Qingqing Mao edited Chinese, Simplified subtitles for Einstein's brilliant mistake: Entangled states - Chad Orzel | ||
Qingqing Mao accepted Chinese, Simplified subtitles for Einstein's brilliant mistake: Entangled states - Chad Orzel | ||
Jinyuan Liu edited Chinese, Simplified subtitles for Einstein's brilliant mistake: Entangled states - Chad Orzel | ||
Jinyuan Liu edited Chinese, Simplified subtitles for Einstein's brilliant mistake: Entangled states - Chad Orzel | ||
Jinyuan Liu edited Chinese, Simplified subtitles for Einstein's brilliant mistake: Entangled states - Chad Orzel |