#理論物理 #知識科普 圖文

在量子力學(xué)里，當(dāng)幾個粒子在彼此相互作用后，由于各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質(zhì)，無法單獨(dú)描述各個粒子的性質(zhì)，只能描述整體系統(tǒng)的性質(zhì)，則稱這現(xiàn)象為量子纏結(jié)或量子糾纏。量子糾纏是一種純粹發(fā)生于量子系統(tǒng)的現(xiàn)象；在經(jīng)典力學(xué)里，找不到類似的現(xiàn)象。

假設(shè)一個零自旋中性π介子衰變成一個電子與一個正電子。這兩個衰變產(chǎn)物各自朝著相反方向移動。電子移動到區(qū)域A，在那里的觀察者“愛麗絲”會觀測電子沿著某特定軸向的自旋；正電子移動到區(qū)域B，在那里的觀察者“鮑勃”也會觀測正電子沿著同樣軸向的自旋。在測量之前，這兩個糾纏粒子共同形成了零自旋的“糾纏態(tài)”。其中，

分別表示粒子的自旋為上旋或下旋。下標(biāo) e 表示電子的自旋狀態(tài)。下標(biāo) p 表示正電子的自旋狀態(tài)。在圓括弧內(nèi)的第一項表明，電子的自旋為上旋當(dāng)且僅當(dāng)正電子的自旋為下旋；第二項表明，電子的自旋為下旋當(dāng)且僅當(dāng)正電子的自旋為上旋。兩種狀況疊加在一起，每一種狀況都有可能發(fā)生，不能確定到底哪種狀況會發(fā)生，因此，電子與正電子糾纏在一起，形成糾纏態(tài)。假若不做測量，則無法知道這兩個粒子中任何一個粒子的自旋，根據(jù)哥本哈根詮釋，這性質(zhì)并不存在。這單態(tài)的兩個粒子相互反關(guān)聯(lián)，對于兩個粒子的自旋分別做測量，假若電子的自旋為上旋，則正電子的自旋為下旋，反之亦然；假若電子的自旋下旋，則正電子自旋為上旋，反之亦然。量子力學(xué)不能預(yù)測到底是哪一組數(shù)值，但是量子力學(xué)可以預(yù)言，獲得任何一組數(shù)值的概率為50%。

粒子沿著不同軸向的自旋彼此之間是不相容可觀察量，對于這些不相容可觀察量作測量必定不能同時得到明確結(jié)果，這是量子力學(xué)的一個基礎(chǔ)理論。在經(jīng)典力學(xué)里，這基礎(chǔ)理論毫無意義，理論而言，任何粒子性質(zhì)都可以被測量至任意準(zhǔn)確度。貝爾定理是已被實驗證明，即對兩個不相容可觀察量做測量得到的結(jié)果不遵守貝爾不等式。因此，量子糾纏是個非經(jīng)典現(xiàn)象（指那些無法用經(jīng)典物理學(xué)來解釋的現(xiàn)象）。

不確定性原理的維持必須倚賴量子糾纏機(jī)制。例如，設(shè)想先前的一個零自旋中性π介子衰變案例，兩個衰變產(chǎn)物各自朝著相反方向移動，分別測量電子的位置與正電子的動量，假若量子糾纏機(jī)制不存在，則可借著守恒定律預(yù)測兩個粒子各自的位置與動量，這違反了不確定性原理。由于量子糾纏機(jī)制，粒子的位置與動量遵守不確定性原理。

從以相對論性速度移動的兩個參考系分別測量兩個糾纏粒子的物理性質(zhì)，盡管在每一個參考系，測量兩個粒子的時間順序不同，獲得的實驗數(shù)據(jù)仍舊違反貝爾不等式，仍舊能夠可靠地復(fù)制出兩個糾纏粒子的量子關(guān)聯(lián)……

(責(zé)任編輯：佚名)