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【書評】讓愛因斯坦夢碎的超距幽靈

2015/11/19 — 12:14

thematthewknot / flickr

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科學史正悄然越過分水嶺。上月 21 日,荷蘭 Delft 大學團隊率先完成始自 70 年代的「貝爾不等式」實驗,首次嚴謹地否定「近距唯實論 (local realism) 」,承認令愛因斯坦「毛骨悚然」的超距作用存在。發表論文的 Nature 期刋以《量子力學:實驗判定近距唯實論已死》為題報導,「基礎科學的近距唯實論的假設與量子力學有矛盾,而後者的預測現已在無漏洞的實驗當中得到證實」。有中文媒體誤為「超光速瞬間移動」的科學幻想,懵然不知,動搖科學根基的「超距 (non-locality)」幽靈已重臨物理世界

今年是物理學大日子。百年前,愛因斯坦發表廣義相對論,取代瞬間隔空傳遞重力的牛頓學說。近距唯實論自此主宰物理世界,一切現象只能在光速可及的近距時空內發生。 1915 年 11 月 25 日那天,愛因斯坦將超距作用逐出古典物理世界,卻想不到,幽靈就藏身在他世紀初共同創立的微觀量子世界。

在量子世界,一切在測量前都不能確定。假如有兩顆曾在近距纏繞的粒子,分離後測量其一,另一必同時顯現同一結果;其間猶如心靈感應的同步關連,無分因果,無遠弗介,就是薜定格稱為「量子纏繞」,愛因斯坦視為 Spooky 的超距作用。在新書 "Spooky Action At A Distance” 中,作者 George Musser 以兩個魔術錢幣作比喻,即使相隔星際之遙,它們永遠都會擲出相同結果。

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1935 年,愛因斯坦與量子力學之父波爾展開一連串歷史性激辯後,聯同兩位年輕同事發表後世稱為 EPR 的經典論文,透過分析纏繞為一體的兩顆粒子的共同波函數,論證其物理特性客觀地存在,留下一句「不被觀察的月亮不存在嗎?」名言質疑量子世界的真實。在愛因斯坦的古典物理世界,存在先於觀察,「這邊的粒子不會理會你怎樣打擾那一邊的粒子」。既然量子纏繞確實存在,就只能假設,量子學說以外有隱藏的因素操縱結果,造成遙距同步的現象。因此, EPR 論文指控,量子學說描述的物理世界並不完整。

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然而,「不完整」的量子學說百年來推動科技發展,完成基礎物理的標準模型,成就無庸置疑。不過,愛因斯坦終生未能擁抱量子,並非只因 “God doesn’t play dice” 。令他耿耿於懷的,是 EPR 論文未有明言的超距作用:

上帝的旨意難以窺探。但我從不相信上帝擲骰子的同時,使出心靈感應法子。

1964 年,John Bell 進一步證明,沒有任何隱藏的因素能解釋量子纏繞的超距作用,並由 EPR 的思想實驗伸延至一個可供測量的不等式,令近距唯實論得以通過科學實驗接受審判。科學哲學家 Tim Maudlin 去年曾在「貝爾不等式」 50 週年之際,總結這個艱澀難明的定理:在任何世界,若在其中進行的遠距實驗違反不等式,該世界必非近距(即容許超距現象)。

在 Delft 團隊的歷史性實驗,纏繞狀態中的電子相隔 1.3 公里,通過高速隨機的測量杜絕低於光速交流的可能性,亦堵塞了一直存在的其它漏洞。實驗結果違反貝爾不等式,宣告超距作用存在於我們的現實世界。

不過,超距作用並不構成「超光速瞬間移動」的可能性,亦不能用以傳遞訊息。光速依然是一切交互作用的極限。不過, Delft 團隊的無漏洞量測量技術能令密碼傳訊牢不可破,推動早已走在科學哲學爭論之前的量子技術。

超距作用已震撼物理世界的根基,短短千字未能觸及皮毛。 George Musser 及時出版新作,是最好的入門。

原刊於《蘋果日報》,此為加長版本。

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