“推翻”爱因斯坦理论，2022诺贝尔物理学奖大揭秘！

一直以来，爱因斯坦都不相信量子力学的理论，他总认为试验中隐含了某些不为我们所知的变量。但现如今，在三位物理学家的多年努力下，终于确认了量子力学的确定性。

当地时间10月4日，瑞典皇家科学院宣布，将2022年诺贝尔物理学奖授予法国物理学家阿兰·阿斯佩（Alain Aspect）、美国理论和实验物理学家约翰·克劳泽（John Clauser）以及奥地利物理学家安东·塞林格（Anton Zeilinger），以表彰他们在“纠缠光子实验、验证违反贝尔不等式、开创量子信息科学”研究方面所作出的贡献。

▲2022年诺贝尔物理学奖获得者

量子纠缠与贝尔不等式

我们都知道，爱因斯坦是20世纪最伟大的物理学家。他凭借一己之力提出了相对论，同时也是量子论早期的缔造者之一。由于量子力学和相对论是现代物理学的两大支柱理论，因此爱因斯坦的伟大自然不必多说。

但是，伟大的爱因斯坦也会犯错，其中最典型的就是他不接受量子力学，那句著名的“上帝不掷骰子”就是出自爱因斯坦。

1935年，爱因斯坦与他的手下共同写了一篇论文，以思想实验的方式对量子力学的合理性提出了质疑（即著名的EPR佯谬）。爱因斯坦从相对论视角出发，提出了一个局域实在论观点：

• 物质是独立于观测者而客观存在的（实在论）；

• 两粒子间任何的关联都不可以超过光速（局域论）。

当时的物理学界主要分为两大派：一派是以玻尔为首的哥本哈根学派，另一派就是爱因斯坦和薛定谔为首的反对派。

爱因斯坦认为，一定有一个隐藏在量子力学背后的物理规律决定了粒子们的行为，这个规律应该是符合局域实在论的。而量子力学不符合局域实在论，所以是不完备的。

而玻尔则认为，量子力学是正确的，在它背后并没有那个所谓的“隐变量理论”，量子力学的概率性本身就是对微观世界完整的描述，即上帝是掷骰子的。

于是，双方在理论上的争论持续了多年，而这个问题也被归为哲学问题。直到1964年，物理学家约翰·贝尔（John Bell）提出“贝尔不等式”，才将上述扯不清的哲学问题变成了实验物理的问题，即世界是非定域性的，不可以用局域变量来确定。

为量子纠缠正名

为了证明量子力学违反了贝尔不等式，上世纪70年代，约翰·克劳泽首先完成了检验贝尔不等式的实验。

但他的实验存在一些漏洞，于是阿兰·阿斯佩又用钙原子激发产生的两个可见光子，完成了更为精确和几乎无漏洞的贝尔不等式实验验证。

随后，通过精致的工具和一系列实验，安东·塞林格也完成了更多纠缠粒子的无漏洞贝尔不等式实验验证。

▲约翰·克劳泽用一种特殊的光照射钙原子之后，可以发射纠缠光子。他在两侧用滤光片测量光子的偏振。经过一系列测量，证明它们违反了贝尔不等式。

▲阿兰·阿斯佩开发了这个实验，通过一种新的激发原子的方法，使它们以更高的速率发射纠缠光子，并且可以在不同的设置之间切换，这样系统就不会包含任何可能影响结果的预先信息。

▲安东·塞林格对贝尔不等式进行了更多测试，他通过将激光照射在特殊晶体上来制备纠缠光子对，并使用随机数切换测量设置。这项实验使用来自遥远星系的信号来控制滤光片，并确保信号不会相互影响。

然而，所有实验结果均表明，量子纠缠是真实存在的！

他们通过精巧的实验设计，不仅证明了量子力学违反了贝尔不等式，同时也说明了爱因斯坦对“量子纠缠”提出的观点是错误的，更为今天的量子计算、量子通信等科技奠定了基础。

▲量子纠缠示意图

量子纠缠颠覆传统世界

所谓“量子纠缠”，简单来说它就好比是量子世界中存在一种类似“心灵感应”的现象，这一概念来源于爱因斯坦等人在1935年提出的EPR悖论。这个悖论显示，在量子力学中，两个曾经相互作用过的粒子，无论相隔多远，其量子状态仍有能力“纠缠”在一起，共享同一个整体的物理状态。

现如今，量子力学已经开始得到应用，并产生了很广阔的研究领域，其包括量子计算机、量子网络和更为安全的量子加密通信。如果从应用层面上说，这些关于量子纠缠的研究奠定了量子信息学科的基础，那么在理论层面上，它们则加深了对量子理论基础的深层次理解，打开了多世界理论、退相干理论等新兴理论的研究空间。

另外，从实践的角度来看，量子纠缠所代表的其实是一个巨大资源。科学家们对量子纠缠漏洞的不满，正源于每一阶段可应用范围的不够。而此次获得诺贝尔物理学奖的三位物理学家长期对量子力学的研究工作，最终为量子纠缠正了名，这一成果对现代科技的意义是不容小觑的。

正如诺贝尔物理学委员会主席安德斯·伊尔贝克所言：“越来越清楚的是，一种新型的量子技术正在出现。我们可以看到，获奖者在纠缠态方面的工作非常重要，甚至超出了关于量子力学解释的基本问题。”