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1700965050 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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1700965055 图3.2
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1700965057 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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1700965059 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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1700965061 测量
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1700965063 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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1700965065 预测
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1700965067 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。
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1700965069 总之,经典的预测是第三个探测器应该测量结果也是U。
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1700965071 另外,量子力学则明确地预言UUU的结果是被禁止的,而UUD是唯一可能的结果。这个预言可以直接从GHZ波函数得到,但是这里我不能更多地解释这些。重要的是,这是实验上已经证实的,暂且认可它吧!
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1700965073 UUD这个结果是无可争辩的和确定无疑的。比起其他的单次观测,它让人印象深刻,暗示着我们确实需要一场思想的革命。
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1700965075 分析
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1700965077 量子力学战胜了我们的常识,现在我们需要检测定域论和实在论受到的影响。根据EPR的论断,两者不可能都是主宰自然的定律。
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1700965079 首先,我们坚持实在论。如果物体携带某个特性,而且它的值在测量前就是存在的,观测只是显示它的存在,而非创造它,那么物体的这个特性就是实在的。想想第11节中爱丽丝和鲍勃密封的信中的红色和黑色的卡片,它们是真实的,即使在信封被打开之前,它们也存在。我们假设电子的自旋方向也是电子真实的属性。进一步假设,和量子力学的定律不同,电子的自旋可以同时有水平和垂直方向的值,并且总是服从GHZ法则(RRU、LLU、RLD和LRD)。
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1700965081 在这些假设下,在实验开始当电子都在一起时,它们的自旋都被预先指定。只有两种指定取值方式(和它们的镜像)遵循所要求的规则。在用符号表示时,每一对箭头指的是某一电子垂直的和水平的自旋值(我再次提醒读者,量子力学中由于不确定原理不可能同时测量垂直和水平方向的自旋值)。只有下面这些态是允许的:
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1700965083 ↑→↑→↑→和它的镜像↑←↑←↑←
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1700965085 或者
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1700965087 ↓→↓→↑←和它的镜像↓←↓←↑→
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1700965089 请自行检测上面的四种赋值方式满足GHZ规则。
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1700965091 而其他的赋值方式则不能遵循这个规则。例如,对于下面这个包含两个向上的测量的赋值方式,你能指出它在哪里违反GHZ规则吗?
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1700965093 ↑→↑→↓→和它的镜像↑←↑←↓←
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1700965095 或者
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1700965097 ↑→↑←↓←和它的镜像↑←↑→↓→
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1700965099 为了更详细地看到这些结果是怎么产生的,你可以从↑出发,然后根据GHZ规则建立起其他的态。紧接着你很快就会发现用上面预先赋值的自旋不可能获得观测到的结果UUD。唯一的解决方式就是祈求幽灵般的作用:前两次测量出UU以某种方式影响了最后一次测量,迫使它结果为D,这样就能得到量子力学的预言。如果你坚持要实在论,那么只能违背定域论。
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