44、量子现象与时空动力学新探

量子现象与时空动力学新探

1. 远距离原子纠缠实验

在相关实验中，有两个探测器，每束激光会穿过两个原子对应的两个盒子之一。激光源强度较低，确保在给定时间间隔 t 内平均仅发射一个光子。当原子不存在时，两个激光源设置为在分支 c 上产生相长干涉，在分支 d 上产生相消干涉，这种相干性可维持一段时间 τ ≫ t。奇特的是，单个光子在 C 处被探测到，由于量子力学中其来源的不确定性，它就好像同时来自两个源一样产生相长干涉。

当两个原子存在且探测器 D 有响应时，意味着其中一束光被阻挡，破坏了相消干涉。这表明其中一个原子“坍缩”到相交的盒子，另一个坍缩到不相交的盒子，但我们不清楚具体是哪个原子坍缩到哪个盒子。这种不确定性足以使两个原子纠缠成 EPR 态：
[|Ψ⟩ = |Z + ⟩_1|Z - ⟩_2 - |Z - ⟩_1|Z + ⟩_2]
此实验可视为时间反转的 EPR 实验，简称 RPE，因为两个原子在过去没有共同事件，而是在未来有某种关联。

2. 贝尔不等式与 EPR - 贝尔场景

为证明纠缠粒子间的非局域影响，常使用贝尔不等式。回顾普通 EPR 实验中贝尔非局域性证明的要点：
- 产生一对总自旋为零的 EPR 粒子，让它们分别向两个等距的测量仪器运动。
- 考虑三个自旋方向 x、y 和 z，对每对粒子随机选择其中一个方向进行测量。
- 多次测量多对粒子，使所有 x、y 和 z 测量的可能组合都能实现，然后统计相关性和反相关性的出现次数。

根据量子力学，相同自旋对的测量会产生 100% 的相关性，不同自旋对的测量会产生非相关结果（一半相关，一半反相关），众多实验也证实了这一点。贝尔证明，这