愛因斯坦錯了:“幽靈般的超距作用”的確存在

愛因斯坦錯了:“幽靈般的超距作用”的確存在

人們近日又一次證明,愛因斯坦至少在一件事上犯了錯誤。最近開展的一項實驗顯示,“幽靈般的超距作用”的確存在,並為其提供了具有說服力的證據。愛因斯坦用這一概念描述量子力學,即組成物質和光的最小粒子具有的一系列奇特表現。

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更具體來說,他指代的是量子糾纏——這一概念認為,在量子力學中,一對亞原子粒子可以以一種看不見的形式,跨越時空,相互聯結在一起。

人們近日又一次證明,愛因斯坦至少在一件事上犯了錯誤。最近開展的一項實驗顯示,“幽靈般的超距作用”的確存在,並為其提供了具有說服力的證據。圖為研究人員克里斯特·沙爾姆在調試貝爾實驗中用到的光子源。

在NIST的研究中,光子源和兩台探測器被分別放置在三個房間裡,這些房間位於同一座實驗室大樓的同一層上,彼此之間相隔很遠。在光子的傳輸過程中,一台隨機數產生器會隨機從兩種偏振狀態中選出一種,對兩台探測器分別進行配置。

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上個月,一支荷蘭的研究團隊在代爾夫特大學同樣證明了超距作用的存在。

這一理念與愛因斯坦的理論不符,因為他認為,資訊在空間中的兩點之間的傳遞速度是不可能超過光速的。 1964年,科學家約翰·斯圖爾特·貝爾(John Stewart Bell)設計了一次實驗,希望能夠排除可以用來解釋“超距作用”的隱變量。但在所有的“貝爾實驗”中,都仍然存在漏洞,因此批評家認為,這些實驗無法證明量子糾纏是實際存在的。

然而,在近期發表在期刊《Physical Review Letters》上的一篇論文中,研究人員給出了迄今為​​止最可靠的證據,證明量子糾纏的確存在。美國國家標準與技術研究院(NIST)的研究人員們製造了數對兩兩相同的光子,並將它們分別送往不同的地方進行觀測。該研究團隊成功堵住了此前貝爾實驗中的三大“漏洞”,最終取得了卓越的實驗成果。

“你無法證明量子力學的正確性,但定域性和我們的實驗結果確實是互相矛盾的,”NIST的克里斯特·沙爾姆(Krister Shalm)說道,“我們的實驗結果和量子力學方面的預測一致,都證明了互相纏結的粒子間的確存在著’幽靈般的超距作用’。”

與NIST的論文同時提交給該期刊的,還有由維也納大學提交的一篇論文。後者使用了類似的高效率單光子探測器,得到了相同的實驗結果。不過,NIST的研究人員認為,自己的研究結果比此前由荷蘭代爾夫特理工大學(Delft University of Technology)發表的研究結果更具說服力。在NIST的研究中,光子源和兩台探測器被分別放置在三個房間裡,這些房間位於同一座實驗室大樓的同一層上,彼此之間相隔很遠。兩台探測器之間隔了184米,與光子源各隔了126和132米。

光子源以正常方式產生光子,即用一道激光束擊中一種特殊的晶體,從而激發出成對的光子流。這一過程可以產生成對的、相互糾纏的光子,每對光子中,其中一個的偏振方向與另一​​個具有一定的聯繫(偏振方向指的是光子的特定方向,如垂直或水平)。每對光子被各自分開,然後由光纜發往遠處的兩台探測器。在光子的傳輸過程中,一台隨機數產生器會隨機從兩種偏振狀態中選出一種,對兩台探測器分別進行配置。如果到達探測器的光子滿足該探測器的設置,它就會有90%的機率被探測到。

在情況最好的一次實驗中,兩台探測器在30分鐘內,同時檢測到成對光子的次數共計6378次。而在其它實驗中,如在只有一台探測器工作的情況下,在總共12127次相關事件中,探測器只檢測出了5749次。

研究人員通過計算得出,如果局域性理論成立,能得到這一實驗結果的可能性只有1.7億分之一。因此可以認為,NIST的實驗成功堵上了貝爾實驗的三大漏洞。由於NIST使用的單光子探測器,該實驗的效率很高,可以保證受到探測的光子和測量結果能夠代表實際的整體情況。實驗中使用的探測器由超導納米導線製成,效率高達90%,整個系統的效率約75%。

目前還沒有比光速更快的通訊。這兩台探測器之間所隔距離需要光速運行幾百納秒時間,但最終測量結果比光速通訊還快了40納秒,說明超光速通訊是可能存在的。由於探測器配置是由處於光子源之外的隨機數產生器進行的,因此該實驗杜絕了人為操縱的可能性。

小知識:量子糾纏
在量子物理中,相互糾纏的量子之間存在一定的聯繫,即使距離隔得很遠,也能影響彼此的行為。這意味著,如果你測量出,一對光子中的其中一個的自旋方向為“上”,那麼過了一瞬間之後,另一個的自旋方向將是“下”。即使兩個光子分處世界的兩端,也會出現這一現象。這一理論被愛因斯坦成為“幽靈般的超距作用”。他並不喜歡這一理論,因為該理論認為資訊傳播的速度可以超過光速。

出處:新浪科技

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