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標題: 愛因斯坦的思考錯在哪裡！ [打印本頁]

作者: Louissai 時間: 2011-4-22 20:30 標題: 愛因斯坦的思考錯在哪裡！

愛因斯坦的思考實驗像拋進量子力學大殿堂的手榴彈，沒能對宏偉建築產生太大損害。事實上，這些思考實驗幫忙試煉量子力學，讓人更瞭解它的意義。但是愛因斯坦依然頑強抵抗，不斷想出新點子要證實波耳、海森堡、波恩等人所提出來量子詮釋中所內含的不確定性，是因為他們對「真實」的解釋有所不足。

「詭異的遠距作用力」

1933年離開歐洲不久前，愛因斯坦出席羅森菲（Léon Rosenfeld）的演講，這位比利時物理學家很有哲學素養。當演講結束時，愛因斯坦從聽眾席起身提問：「假設有兩個粒子以量值相等的動量對撞，當它們通過已知位置時產生極為短暫的交互作用……當兩個粒子彼此彈開時，令一位觀察者測量其中一個粒子的動量……那麼從實驗的條件看來，觀察者顯然能夠推測得知另一個粒子的動量。不過如果他選擇測量第一個粒子的位置，那麼便能夠知道另一個粒子的位置。」

因為兩個粒子是分開的，所以愛因斯坦能夠假定「兩者間所有的物理交互作用都已經不存在」。因此他對哥本哈根量子力學詮釋者所提出的挑戰很簡單，那就是向羅森菲問道：「第二個粒子最後的狀態，怎麼會受到第一個粒子的測量所影響呢？」

多年以來，愛因斯坦擁抱起實在論的概念，用他的話來說，便是相信有一個「獨立於吾人觀察」的「真實情況」存在。就是這項信念讓愛因斯坦對海森堡的測不準原理與量子力學其他信條感到不自在，因為這些信條主張觀察會決定真實。在對羅森菲提問時，愛因斯坦指出另一項「局地性」（locality）的概念，亦即空間中任何兩個分開的粒子，發生在一個粒子上的事情與另一個粒子無關，而且兩者之間沒有訊號或作用力可以移動得比光速還快。

愛因斯坦指出，觀察或觸碰一個粒子不會瞬間對遠方另一個粒子產生推擠作用；一個系統中的作用只有一個方法可以影響遠方另一個系統，那便是之間有波、訊號或訊息傳遞，然而這個過程必須遵守光速限制，對於重力也適用。若是太陽消失了，大約有8分鐘的時間不會影響地球的軌道，亦即重力場變化以光速傳到地球所需時間。

愛因斯坦說：「就我看來，若系統S1和S2在空間中距離遙遠，則系統S2的瞬間真實狀況會與S1無關。這是應該堅守的一個假設。」這種說法符合直覺，看起來就是不證自明的道理。但如同愛因斯坦提到這是「假設」，並未獲得證明。

對於愛因斯坦，實在論和局地論是物理學中相關的支柱。他和朋友波恩討論時，打造了一個新詞：「物理學應該代表時間與空間上的實在，不能包含『詭異的遠距作用』（spooky action at a distance）。」

對論文內容洩露感到不滿

當愛因斯坦在普林斯頓安頓下來後，他馬上開始改進相關的思考實驗。親近的助理邁爾對他沒那麼忠心了，已經從量子力學戰場前線漸漸遠離，所以愛因斯坦另外請兩人來幫忙，一個是高等研究院26歲的新進同事羅森（Nathan Rosen），另一位是從前在加州理工學院相遇、後來改到研究院工作的49歲物理學家波多斯基（Boris Podolsky）。

最後完成的四頁論文在1935年5月發表，取三位作者姓氏的第一個字母稱為「EPR論文」，是愛因斯坦搬到美國後最重要的一篇論文。論文標題問道：量子力學對物理實在的描述能視為完整嗎？（Can the Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Regarded as Complete?）

羅森做了許多數學，波多斯基則撰寫發表的英語版論文。雖然已經詳細討論過內容，但愛因斯坦很不高興波多斯基沒有清楚呈現出概念，反而是被太多數學表述埋葬了。在論文發表後，愛因斯坦跟薛丁格抱怨說：「論文不是我原先想要的那樣，根本重要的東西被數學公式窒息了。」

愛因斯坦也對於波多斯基在論文發表前，事先對《紐約時報》洩漏內容感到不快。報導的標題：「愛因斯坦攻擊量子理論／與兩名同事發現即使它正確卻不完整。」當然，愛因斯坦偶爾也會在論文發表前同意接受訪問，但這次他表明對這種作法感到不快。他對《紐約時報》發出聲明指出：「我一向不變的作法是只在適當的場合中討論科學事物，不贊成這類事物在任何宣布公告前，率先於新聞媒體中披露。」

量子力學對實在的描述不完整

在這篇論文中，一開始是先定義作者做為實在論者的前提：「若想辦法不擾亂一個系統，讓我們可以確定預測出一個物理量值，那麼該物理量值便對應一物理實在。」換句話說如果藉由某種過程，讓我們可以確定得知一個粒子的位置，並且沒有因為觀察而擾亂到粒子，那麼可以說粒子的位置是真實的，與外在觀察完全無關。

該篇論文繼續擴大愛因斯坦的思考實驗，探索碰撞（或是因原子裂解而往反方向飛走）的兩個粒子之間具有的相關特性。作者主張，我們可以透過測量第一個粒子，「在不打擾第二個粒子」的情況下得到第二個粒子的資料；藉由測量第一個粒子的位置，我們能精確決定第二粒子的位置，動量的狀況也是如此。文中指出：「根據我們對真實的標準，必須把第一種情況中的量值 P 視為實在的，在第二種情形中則量值Q亦為實在的。」

用較簡單的話來說：雖然我們還沒有觀察第二個粒子，然而無論何時它都具有一個真實的位置和真實的動量，這兩種特質是量子力學未予解釋的實在特徵。因此，這篇論文問題的答案應該是否定的：量子力學對實在的描述不完整。

作者主張，唯一的替代選擇是聲稱在測量第一個粒子的過程中，會影響到第二個粒子位置與動量的實在。他們的結論是：「沒有合理的實在定義可望容許這種事情。」包利寫給海森堡一封長信，氣呼呼說道：「愛因斯坦又再度公開對量子力學發動攻擊了，這次更和波多斯基和羅森聯手，而他們不是好東西！大家都知道，每回都造成大災難。」

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