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但是理想实验不应该被立刻摒弃，因为有一些最终也变成了现实。例如20世纪初爱因斯坦从理想实验出发，最终开启了狭义相对论和广义相对论时代，这些理想实验经过非常大的修改之后进入实验室和天文台，产生了一些划时代的结果。类似的事情也发生在1935年他与同事鲍里斯·波多尔斯基（Boris Podolsky）、纳森·罗森（Nathan Rosen）合作的名为“量子力学对物理实在的描述能否认为是完备的？”的文章中。他们注意到，如果你可以真正地操作某个特定的原子进行实验，并且量子力学能够描述它，那么你就会得到奇怪和矛盾的结论。这就是著名的EPR悖论（Einstein-Podolsky-Rose paradox），它引起了爱因斯坦对量子力学的怀疑，也激起了一小群关心物理基础的哲学家、历史学家和物理学家积极而又似乎无休止的争论。在1955年爱因斯坦逝世之后，他们的理想实验才开始变成现实。
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这里我不再遵循历史的脉络，而是跳过EPR相关实验的具体内容直接进入21世纪。你只要知道，最终这些实验证明了爱因斯坦对量子力学的担心是不必要的[1]。我用一个不同的但更容易理解的实验来阐明EPR的想法。和之前的那些实验不同，它不依赖于隐晦的统计关联的分析或者量子现象中的随机性，而只是取决于单次的观测，并且能一针见血地展示出量子力学和常识之间的矛盾。
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EPR基于两个一般性的假设。爱因斯坦认为它们都是不证自明的，但是这两个假设相互影响会得出传统量子力学是错误的，至少是不完备的。相反，如果量子力学事实上是正确的，那么你就必须放弃其中的一个假设。但是爱因斯坦没法使自己放弃任何一个假设，因此他寄希望于有一天量子力学能够更加完备。包括量子贝叶斯者在内的大多数物理学家都相信量子力学是完备的、正确的理论，所以他们只能被迫放弃其中一个EPR假设。
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这两个尖锐的假设是定域性（locality）和实在论（realism），恰巧经典力学两者都满足。
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第一个被认为EPR中不证自明的假设是定域性，爱因斯坦称之为没有“幽灵”般的远距离的相互作用。定域理论是指那些信号或者其他物理影响不会以无穷大的速度传播。相反，它们必须以多米诺骨牌的形式从时空中的一点向邻近点传播，而且速度不能超过光速。牛顿引力就有这种超距的作用，显然是违背定域性的，但它最终被满足定域性的广义相对论取代了。
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量子力学中在两种情况下似乎会违背定域性。如我们已知道的波函数塌缩就是一个非定域过程，量子贝叶斯理论认为概率可解释为置信程度而不是物理实在。EPR类型的实验似乎也以一种相关但不同的方式违背了定域性。他们声称在某处测量一个物理量会瞬时的或者至少以超光速的速度影响远处的另一个测量。魔术师称这种事情为念动力，即仅通过意念的力量就可以移动物体。爱因斯坦称之为“幽灵”。
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然而实验室展示的这种效应是如此令人吃惊，以致有些物理学家相信我们的世界实际上就是非定域的。整个世界是一个有联系的整体，当你在远处扰动它时，它就会颤抖。诚然这确实是一个比较有诗意的见解，但否定它则是理解这个物质宇宙如何运作更富有成效的方式。
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第二个被认为EPR中不证自明的假设，放弃它则比较困难。说到实在论我当然是指科学的实在，而非文学的、艺术的或者哲学的。可是，当你浏览权威的在线斯坦福哲学百科全书中的30页文章“科学实在论”时，你会发现它有180多条参考书目，而且有一条让人丧气的警告：“或许稍微夸张地说，每一个讨论科学实在论的作者对它都有着不同的描述。”
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我们再次借用爱因斯坦简洁的智慧，他将实在论比喻为月亮，它就在那里，即使没人在看它。因此可以更一般地将实在论定义为物体的一些不受测量和观测影响的物理特性这样一个假设。更进一步我们可以提出实在意味着不受测量、观测，甚至想法和观念影响。EPR是这样定义实在的：“如果我们能精准地预言……某个物理量的值，并且不以任何方式扰动该系统，那么就存在一个实在的要素对应着这个物理量。”[2]
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为了领会这个假设是如何在实践中运作的，我们可以考虑一个天文观测的例子。这样的观测毫无疑问是不会影响被观测的系统的。当伽利略发现木星的卫星时，一些多疑的天文学家认为它们源于当时望远镜的工艺，可能是由一些散乱的反射或者透镜的瑕疵导致的。事实上，在那个庞大的行星旁边有时是3个小点，有时是4个。而且它们的位置隔夜似乎都会变动。但是最终还是发现了规律，其中一个点的消失被解释为卫星正好转到木星的正面或者背面。对卫星位置的预言也是完全准确。从那时起这些木星、卫星和它们的位置就被称为实在的要素了。
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总结下EPR的论断：同时假设定域论和实在论，量子力学是自相矛盾的。假如你和爱因斯坦一样坚持这两点，你一定会发现量子力学的瑕疵。这是一个让人惊讶而又十分广泛的论断。大多数的物理预言都是更加具体或者更加谦逊，类似于“如果一个球从4英尺的高度坠下，那么它会在半秒钟内落地”这样的论断。然而，在它那不明确、模糊不清的前提下，我们已经可以用实验来验证EPR的论断，下面我将描述一个基于量子位的实验，为了简单，不考虑它包含的大量复杂仪器。此外，虽然这个实验是操作光子，我将用电子替代光子，因为电子是一个物质粒子，我们直觉上可能更容易接受。量子位的吸引力在于它们能够简洁地描述任何两态的量子系统，不管是有两个可能极化方向的光子还是沿某个轴自旋有两个可能方向的电子。
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在开始之前我必须先介绍一个在我们的分析中非常重要的逻辑概念——传递性。传递性基于我们的常识。它说的是，如果爱丽丝和鲍勃的眼睛是同一种颜色的，同时鲍勃和查理也是，那么爱丽丝和查理的眼睛也必然是同一种颜色。等式就有传递性：如果A=B而且B=C，那么通过常识或者逻辑关系推断出A=C。量子实验中需要的传递性关系涉及方向的几何性质。如果A和B的自旋是同一方向的，B和C也是同一方向，那么A和C也必然是沿这一方向自旋的。不过你要记住电子的自旋在每次测量中只能沿着一个方向。
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有了EPR论断、量子位、定域论、实在论和传递性，我们就可以开始讨论这个谜题了。
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我将讨论的这个简化后的理想实验由丹尼尔·格林伯格（Daniel Greenberger）、迈克尔·霍恩（Michael Horne）和安东·蔡林格（Anton Zeilinger）在1989年提出，并且该实验在2000年得以实现。它可以分为四个阶段：准备、测量、预测和分析。
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准备
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使三个电子近距离接触，形成一个非常特殊的状态，被称为纠缠态。它的自旋波函数由三个量子位组合在一起，我分别用三个箭头来表示，它们对应水平或垂直方向的测量。当三个电子在彼此附近的时候，我们既不观测电子，也不测量它们的自旋。
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经过这个关键的、极有技术难度的准备后，让电子分别飞向三个分离足够远的仪器，在那里我们将观测它们的自旋。这个纠缠态被安排成这样的形式：当其中两个电子的自旋是同一水平方向时，沿垂直方向测量第三个电子的自旋，它是朝上的。另外，如果两个水平方向的自旋是相反的，那么第三个垂直方向的自旋则向下。将右边、左边、上面和下面记为英文字母R，L，U和D，可能出现的观测只有RRU、LLU、RLD和LRD。用箭头符号表示，它们分别是（→，→，↑）、（←，←，↑）、（→，←，↓）和（←，→，↓）（见图3.2）。由于三个电子是可交换的，所以上面括号内箭头的顺序并不重要，所以最后两个其实是等价的。
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图3.2
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可以用下面的方式帮助你记住这些组合：如果你两个食指指向同一水平方向，它们相互“赞同”，因此你的一个拇指就会指向上方。而如果它们指向水平相反的方向，那么它们不“赞同”彼此，因此你的拇指朝向下方。
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我们可以反复地检测准备的态，每次都会产生一个新的三电子组，并且使其中两个探测器沿水平方向，另一个沿垂直方向。这是很稳定的，从任何两个测量结果，都可以精准的预测出第三个的朝向。这可以被称为EPR中的一个实在的要素。我把对可能结果的限制称之为GHZ规则。整个实验过程中，三个电子的准备都不会以任何方式变动。
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测量
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这样准备好之后，三个电子将彼此分开，在远处的探测器中分别测量它们的自旋。然后，在准备阶段检测完成之后，探测器也要转动到不同的方向。三个探测器都只用来测量垂直方向的自旋。先依次得到其中两个探测器的结果，其结果是UU、UD、DU或者DD的其中一个。只保留出现UU的事件，其他的情况都不管。
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预测
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第三个探测器将会发现什么？第一个探测器结果为U意味着2和3电子是水平方向的自旋，如果测量它们，它们的方向一致。第二个U意味着1和3电子的是水平方向的，如果测量它们，它们也会方向一致。利用传递性或者根据常识，这意味着1和2电子朝向是一致的，因此第三个电子的朝向是垂直且向上。