爱因斯坦的实验和贝尔定理

爱因斯坦是理论家，他并不从事实际的实验。有人说他把最初的想法匆匆地记在信封的背面，过后再把它更详细地写在黑板上。但在与玻尔和量子论的拥护者进行论战时，爱因斯坦很想进行某种实验，尽管作为一个理论家，他做的不是“真实的”实验，而是“思想”实验。他的意图是要说明，量子的“烟龙”不是自然界的事实，而仅仅是由于描述量子的理论不完备所引起。爱因斯坦坚信，并不是量子世界是如此的不真实，而是量子论所提供的描述不适当。他在写给 M·玻恩的信中说，“我发现这种观念十分令人难以容忍。”他还说，“如果现在的解释可以证明是正确的，我宁愿做一个修鞋匠，或者甚至到赌场里去干事，也比做一个物理学家强。”②然而结果是，爱因斯坦及他的同事 B·波多尔斯基 （Boris Podolski）和 N·罗森 （Nathan Rosen）所提出的著名的思想实验非但没有能解决量子的不确定性问题，反而产生了更大的困惑，它无疑承认了在空间相互分离的粒子间的瞬时信息传递。量子的实在性证明比任何人所预料的甚至更奇妙。

著名的爱因斯坦—波多尔斯基—罗森实验是要得到处于相同状态的两个相同的粒子并允许它们分离，然后对其中一个粒子的位置进行测量。因为这两个粒子是相同的，所以人们的预料是，应该可能利用这种信息来预测第二个粒子的相应状态。对这个粒子，我们可以测量它的补充属性，比如说速度。这就意味着，我们既能知道第二个粒子的速度又能知道它的位置——这一结果在量子论中是被禁止的。爱因斯坦争辩说，同时的位置和速度具有某种意义，如果量子论不能说明这一点，那是因为它不完备。

爱因斯坦—波多尔斯基—罗森实验在 1935 年就已提出，但直到 80 年代它的陈述才得到物理仪器的检验。这种检验没有证实爱因斯坦的预料，反而产生了意想不到的结果。正像宇宙学的光束分裂实验一样，两个粒子尽管在空间是分离的，但结果显示它们是直接相互关联的，在这种情况下，测量一个粒子的活动对另一个粒子有某种测量影响。事实上，这种奇怪的现象就是物理学家 J·贝尔 （John Bell）在 60 年代所预言的。①贝尔定理要求空间上相隔一段距离的粒子之间有瞬时的“信息”传递，对爱因斯坦—波多尔斯基—罗森思想实验的检验证实了结果的确如此。粒子具有瞬时相关性，所以信息能够越过有限空间而无需有限的传递时间。

信息的瞬时传递违反了相对论的基本定律：宇宙中没有任何信号能传播得比光速快。但量子似乎无视这一禁令，它们的相关性是瞬时的，而且

② 引自 M·玻恩《爱因斯坦书信集》，纽约，沃克出版社，1971 年。

①    J·贝尔《论爱因斯坦—波多尔斯基—罗森佯谬》，载《物理学》第一卷，1964 年。并不缩短距离。