節標題:EPR 悖論——鬼魅般的超距作用#
1935 年 5 月,《物理評論》(Physical Review)刊登了一篇僅四頁的論文,署名 A. Einstein, B. Podolsky, N. Rosen:《量子力學對物理實在的描述可以視為完備嗎?》。它幾乎以一個問號作為武器,挑戰整個哥本哈根詮釋。
愛因斯坦的動機#
愛因斯坦從不否認量子力學計算的成功,但他多年來認為它不完備:波函數只描述系綜,而真實世界中的粒子應有確定的性質(哪怕我們不 measuring 時也「真的」在那裡——即所謂實在論的真值)。1927 年索爾維會議上他已用各種思想實驗挑戰海森堡的不確定性原理,被玻爾一一化解。1933 年他移民普林斯頓後,與年輕助手波多爾斯基(Podolsky)與博士生羅森(Rosen)合作,把它寫成正式論文——但愛因斯坦事後並不滿這一稿:波多爾斯基在提交前未經充分協商就寄出給《紐約時報》發布消息,讓愛因斯坦不快。
悖論的構造#
EPR 思想實驗的核心是一對「曾經相互作用過的」粒子,它們已分離到極遠。依量子力學,它們共享一個不可分解的糾纏波函數;此時測量粒子 A 的動量,可根據守恆律即刻推知粒子 B 的動量,而不用干擾 B。EPR 提出兩條假設:
- 實在性準則:若能以完全(百分百)可信度預言某物理量的值,則該量對應物理實在的元素。
- 局域性準則:對 A 的操作,不能瞬時影響遠處的 B。
由兩者推論:粒子 B 的動量與位置在時間點上皆為實在元素——但量子力學(共軛量的不對易性)主張兩者不能同時有確定值。因此 EPR 結論:量子力學對實在的描述是不完備的,必須有更深的、隱變數層次的理論。
玻爾的回應:概念的勝利#
玻爾在得知論文的幾週之內就投稿同刊回應,題目與原文相同。他的策略不是否認計算,而是攻擊「實在性準則」所用的語言:他主張 A 與 B 已構成一個不可分割的整體系統,所謂「不干擾 B」的說法在概念上站不住——你選擇測量 A 的動量還是位置,本身就是在實驗安排層面定義了 B 的哪個性質是「實在」的。換句話說,EPR 的悖論源於我們把經典的『分離系統』語法強加給量子世界。
這場論爭在大多數物理同行眼中,以玻爾「獲勝」告終;但那是哲學技術上的勝利,而非科學上的判決。因為 EPR 與本徵隱變數理論並未給出可測的差異。經典的觀點,費曼後來的話有所總結:「沒有人真正懂量子力學」。這場戰爭沉澱了三十年。
薛丁格的命名#
同年 1935 年,薛丁格——他當時也正深入思考這些難題——在致愛因斯坦的信與另兩篇論文中,為這種現象取了一個後來成為教科書語言的名字:
Verschränkung(糾纏;entanglement)——「兩個系統的一次測量所帶來的全部知識,都無法表示為分開子系統的描述之和。」
薛丁格並指出,糾纏不是量子力學的一個次要特徵,而是它的本質特徵。他還写出著名的貓思想實驗,說明這一切如何逾越到宏觀世界。
鬼魅之語#
愛因斯坦本人的語言更直覺。1947 年他致馬克思·玻恩的信中寫道:
「量子力學很難令人接受……這種理論不能在一個存在之於觀察之外的實在基礎上成立。」 而糾纏性預測——「我要它像鬼魅般的超距作用(spukhafte Fernwirkung)那樣的東西,它在空到渺無一物的空間中能即時地傳遞。」
他至死不接受把這種相關性視為物理世界本身而非「隱藏知識」。他的立場在 1955 年他去世時沒有結論——但問題本身已經成為一個可被實驗判決的問題,只是還需要一位特定的數學家和三十年的等待。
flowchart TD
A[1935 EPR 論文<br/>實在性+局域性 → QM 不完備] --> B[玻爾回應:<br/>系統整體性・概念反擊]
A --> C[薛丁格 1935<br/>命名 entanglement]
C --> D[糾纏是 QM 的本質特徵]
B --> E[30 年的哲學僵局]
E --> F[1964 具爾不等式:<br/>原來可以實驗判決]