爱因斯坦错了?量子计算机给出答案,世界本质远比想象更奇妙!

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一位物理学家对着记者说出“我们可以排除认知解释”这句话的时候,他自己刚发表的那篇论文里,压根没写过这句话。

论文写得极其克制,采访说得极其响亮,两者中间隔着一条不小的沟。

这条沟里塞的东西,就是最近被传成“百年争论终于有了结论”的那台量子计算机实验。

先把最基本的东西讲清楚,不然后面全是天书。

量子物理学里描述一个东西,用的不是位置、不是速度,而是一个叫波函数的玩意儿,通常写成一个大写的希腊字母Psi。

小到一个光子,大到整个宇宙,理论上都能用它描述。

可这里有个要命的性质: 波函数本身,谁也没见过,谁也测不到。

你能拿它算的,只有概率。

比如它告诉你,这个光子有百分之十的可能出现在屏幕上的某一点。

至于它到底会不会出现在那儿,长什么样,量子力学一个字都答不上来。

不是暂时答不上来,是从原理上就不给答案。

换成日常的说法:这就跟掷骰子一样。

骰子在手里怎么转、桌面多滑、出手多大劲儿,你要是全知道,理论上是能算出点数的。

你算不出来,是因为你不知道那些细节。

那波函数会不会也是这么回事?

它只是一个把细节抹平了的平均描述,底下还藏着一层我们看不见的东西?

物理学家给这层看不见的东西起了个名字,叫“隐藏变量”。

如果隐藏变量真的存在,那波函数就不是真实的存在,它只是记录了我们知道多少而已——这个立场有个专门的词,叫“认知的”。

它描述的是我们对现实的认识,不是现实本身。

爱因斯坦当年就站这一头。

他认定量子力学是不完整的,底下一定还有隐藏变量。

他不是抬杠,他的理由很硬: 你想想那个有百分之十概率出现在某点的光子,一旦你测了它,你就百分之百确定它在哪儿了。

这时候波函数得跟着“更新”,行话叫塌缩,或者叫约化。

问题就在这儿。

如果波函数只是知识,那更新一下有什么稀奇的?

你翻开牌看了一眼,你脑子里的概率当然瞬间就变了,这压根不是一个物理过程,没有任何东西在跑。

可你要是认定波函数是真实存在的东西,那这次更新的速度就超过了光速。

这就是爱因斯坦嘴里那个著名的“幽灵般的超距作用”。

他本人觉得,这种事不可能存在。

换成普通人的处境,其实也一样:你是愿意相信桌上有一层布,把牌盖住了;

还是愿意相信牌在你掀开的那一刻才凭空长出来,而且千里之外那张配对的牌同时也长了出来?

换谁都会先选前者。

新研究的作者要干的,就是把爱因斯坦这一头掀掉。

他们用的工具叫PBR定理,名字取自三位提出者的姓氏——普西、巴雷特、鲁道夫。

这个定理的思路挺聪明,粗略说是这样:量子力学有一条核心性质,没有哪个状态能对应一个干净利落的确定测量结果。

假设一个光子有两个状态,状态A永远往左走,状态B永远往右走。

你把它们按规矩叠加起来,得到一个A+B状态,左右各百分之五十。

分束器就能做出这种状态来。

隐藏变量理论要解释这个A+B,就得说它的隐藏变量里既包含A的成分也包含B的成分。

也就是说,A+B和A之间、A+B和B之间,隐藏变量必须有重叠。

而量子物理里两个粒子的波函数是各自波函数的乘积。

PBR定理证明的是: 存在这么一组状态和系数的搭配,量子力学要求某个测量结果的概率必须是零,可任何隐藏变量的安排都做不到这个零。

新实验做的就是这件事。

把这套协议原封不动编码进量子计算机里跑一遍,结果出来了——跟量子力学预言的一模一样。

真是难以置信,这谁能想到呢。

那这算不算证明了波函数是真的?

答案是不算,有两个原因。

第一,这个检验根本排除不了隐藏变量。

回头看PBR定理的前提:它假定A+B这种状态的隐藏变量,必须是A的隐藏变量和B的隐藏变量的某种组合。

可凭什么必须这样?

没有任何理由。

你完全可以这么设计:状态A的隐藏变量取值是1,取1的时候粒子往左;

取2的时候往右。

到了A+B,隐藏变量取值换成3和4。

就这么简单,重叠没了,实验也就管不着了。

整个证明的力气,全压在一条没人证明过的假设上。

第二个问题更微妙。

波函数到底是什么意思,物理学家从量子物理诞生那天起就吵到现在。

玻尔——通常被算作哥本哈根诠释的开山者——的立场是波函数不真实,它是我们用来描述系统、增加自己知识的一种方式。

这不就是“认知的”本意吗?

可按照PBR定理的分类标准,哥本哈根诠释被划进了“真实”那一栏,理由是它不承认隐藏变量。

跟玻尔整套解释的立足点,正好拧了个一百八十度。

说到底这是个定义问题。

一群人把词的意思悄悄改了,然后宣布一场持续百年的争论有结果了。

这种事在别的行当里也不新鲜:指标改一改,考核就漂亮了;

口径换一换,难题就解决了。

物理学家随手重新定义词语,讨论不会因此往前走一步。

有意思的是,这事儿真要论责任,作者本人不该背。

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他们在论文里既没声称排除了隐藏变量,也没声称波函数不是认知的,写得规规矩矩。

可对着记者,说法就变了个味道。

中间那道工序是谁加的,加了图什么,其实心里都有数。

一篇诚实的论文,撞上一个需要标题的世界,谁的嗓门大,谁就成了“结

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