诺奖证明了爱因斯坦存在的部分错误,诺奖证明了爱因斯坦存在的部分错误吗

m每年的诺贝尔物理学奖都是重头戏,2022年的诺贝尔物理学奖被颁发给三位科学家分别是:法国物理学家阿兰·阿斯佩、美国理论和实验物理学家约翰·克劳泽以及奥地利物理学家安东·塞林格,三位科学家将共享100

正文摘要:

m每年的诺贝尔物理学奖都是重头戏,2022年的诺贝尔物理学奖被颁发给三位科学家分别是:法国物理学家阿兰·阿斯佩、美国理论和实验物理学家约翰·克劳泽以及奥地利物理学家安东·塞林格,三位科学家将共享1000万瑞典克朗,相当于650万人民币。2021年关于诺贝尔物理学奖大家的预测就是量子力学完备性的贝尔不等式证明,但最后却被地球环境领域的科学家拔得头筹,但是好饭不怕晚,2022年诺贝尔物理学奖如约而至,就是关于量子信息科学方面的研究。回归主题,此次三位科学家获得2022年诺贝尔物理学奖,主要的贡献便是验证贝尔不等式不成立方面的先驱性工作。为什么要说爱因斯坦错了哪?诺奖证明了爱因斯坦存在的部分错误究竟是怎么一回事,跟随小编一起看看吧。

m每年的诺贝尔物理学奖都是重头戏,2022年的诺贝尔物理学奖被颁发给三位科学家分别是:法国物理学家阿兰·阿斯佩、美国理论和实验物理学家约翰·克劳泽以及奥地利物理学家安东·塞林格,三位科学家将共享1000万瑞典克朗,相当于650万人民币。

2021年关于诺贝尔物理学奖大家的预测就是量子力学完备性的贝尔不等式证明,但最后却被地球环境领域的科学家拔得头筹,但是好饭不怕晚,2022年诺贝尔物理学奖如约而至,就是关于量子信息科学方面的研究。

说到量子信息科学,我国的领军人物就是中科院院士潘建伟,而这一次的获奖的就有潘教授的恩师塞林格。有些网友不解,为什么潘建伟没有获得诺奖?

其实道理并没有那么复杂,潘建伟院士的工作主要是应用并非是开创性的基础科学,而诺奖更加偏爱那些从0到1的科学贡献,而从1-100无论做的有多好都算是前人栽树后人乘凉了。

回归主题,此次三位科学家获得2022年诺贝尔物理学奖,主要的贡献便是验证贝尔不等式不成立方面的先驱性工作。

什么是贝尔不等式?为何跟量子纠缠有关?为什么要说爱因斯坦错了哪?其实这一切都要从爱因斯坦和以波尔为首的哥本哈根派之间的论剑开始,论剑的内容便是量子力学。

背景

我们都知道二十世纪物理学有两大支柱,相对论和量子力学,爱因斯坦靠一己之力提出狭义相对论和广义相对论,对牛顿的经典力学给予重击,当然相对论的提出并不是彻底否定经典力学,而是一种修正。

而爱因斯坦也算是量子力学的奠基者,爱因斯坦获得的诺奖就是光量子理论,首次提出光是一份份能量的概念即光量子,解释了光电效应,其实这也算是为量子力学的横空出世打开了大门。

有些朋友可能会问爱因斯坦既然是量子力学的奠基者,为什么到最后还要反对量子力学?

其实这是一种误解,爱因斯坦反对的并不是量子力学,而是哥本哈根派对量子力学的诠释。可以简单举一个例子,量子力学就像是被爱因斯坦看中的小宝宝,但是小宝宝长着长着遇到一群坏哥哥,至少在爱因斯坦眼中是这样的。

它们将绝对量子力学未来朝着哪个方向发展,爱因斯坦就不高兴了,好好的栋梁之才都要被坏哥哥带坏了。而这群坏哥哥就是哥本哈根派,他们提出不确定性原理,把量子力学弄的越来越“玄幻”。

例如双层干涉实验,一个光子通过双缝之后在屏幕上呈现,那么这个光子到底是通过左缝隙还是右缝隙,哥本哈根派的解释就是光子同时通过了左缝和右缝,这种说法相当玄幻了,跟宏观世界产生冲突。但是通过不确定性原理来解释,这种现象是存在的。

对于哥本哈根派对量子力学的诠释,老一派物理学家都是难以接受的,例如薛定谔的猫思维实验就是在嘲讽量子力学的不确定性原理,而爱因斯坦也给出了反击,那就是EPR实验。

关于EPR实验

所谓的EPR实验现在应该称之为EPR佯谬,就是因为爱因斯坦错了。当然这个我们后续再谈,1935年5月爱因斯坦同物理学家波多尔斯基和罗森在第47期《物理评论》杂志上,发表了一篇论文名字为《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?》,在这篇论文中的核心思维实验被命名为EPR实验,也就是以三位作者名字首字母来命名的。

这个实验的大体意思便是一个基本粒子在空中飞行,受到外力后一分为二,我们暂时把这两个粒子称之为A粒子和B粒子,假设这两个粒子飞到宇宙的两端,总之是距离非常远。

这个时候我们去观测A粒子的自旋状态,如果按照不确定性原理,在没观测之前它是不确定的(简单理解成既左旋又右旋),如果A粒子是左旋的,那么B粒子必须是右旋(已知的理论已经证明)。那么问题来了,B粒子是如何知道A粒子的自旋状态?两个粒子相隔那么远,岂不是要超光速信号传播了?

这就是著名的EPR思维实验,在当时的环境下不超光速已经被所有科学家认可,也算是一条铁律,那么该如何解释哪?其实我们可以看到,这就是量子纠缠了,而波尔给爱因斯坦的回复也是如此,无论两个粒子相距有多远都算是处在纠缠状态,属于一个粒子。

关于贝尔不等式

科学上争论再多都没有意义,拿出实验证明一下就可以让所有人闭嘴,贝尔设计出了一个贝尔不等式,让EPR从思维实验走向实验室。

如果是实验证明贝尔不等式成立,那就说明A粒子和B粒子在分开的那一瞬间就决定了自旋的方向,这也说明爱因斯坦是正确性,哥本哈根派的不确定性原理是错误的。

而如果证明贝尔不等式不成立,那就说明A粒子和B粒子自旋状态并非是在分开瞬间确定的,换一句话说就是:爱因斯坦错了,EPR实验变成了EPR佯谬!

首次EPR实验严格检验,爱因斯坦错了

人类历史上对于EPR实验进行首次严格意义的实验检验是在1982年,被称为“阿斯派克特实验”。从这个名字我们就可以知道,这个项目的带头人就是此次诺贝尔物理学奖的获得者之一法国物理学家阿兰·阿斯佩。

总之这位科学家的的实验证明了爱因斯坦输了波尔,同时也说明了哥本哈根派对于量子力学并不算是坏哥哥,不确定性原理是正确的,而量子纠缠也真实存在,并且它也是目前公认的三种超光速现象之一,当然量子纠缠的超光速并不涉及到信息的传递过程。现在基于量子纠缠的量子通信技术,也并不是用来传递信息,而是加密。

其实早在2011年这三位科学家就被提名诺贝尔物理学奖,但最终被从事宇宙膨胀理论研究的科学家拔得头筹,这一次终于没有再错过!恭喜!

文/科学黑洞,图片来源网络侵删。

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2022年诺贝尔物理学奖为何颁给这三人?他们证明了爱因斯坦的一个错误

10月4日,2022年诺贝尔物理学奖公布,获奖者是阿兰·阿斯佩(Alain Aspect)、约翰·弗朗西斯·克劳泽(John Francis Clauser)、安东·塞林格(Anton Zeilinger),表彰他们通过光子纠缠实验,确定贝尔不等式(Bell inequalities)在量子世界中不成立,并开创了量子信息这一学科。

三位获奖者其人

阿兰·阿斯佩 1947 年生于法国阿让,1983 年获法国巴黎第十一大学博士学位,现任巴黎萨克雷大学和巴黎综合理工学院教授。

约翰·克劳泽 1942 年生于美国加利福尼亚州帕萨迪纳,1969 年获美国哥伦比亚大学博士学位。美国 J.F Clauser & Assoc 公司创始人、研究物理学家。

安东·塞林格 1945 年出生于奥地利因河地区里德。1971 年在奥地利维也纳大学获得博士学位,现为维也纳大学教授。

值得一提的是,塞林格还是中国科学院外籍院士,同时也是国内量子信息科学领军人物、中国科学院院士潘建伟的博士导师。

塞林格今天在接受采访时表示:“(诺贝尔)这个奖项是对年轻人的一种鼓励——如果没有多年来与我一起工作的100多位年轻人,就没有这个奖。”

他们研究的是什么

量子力学并不仅仅是一个理论或哲学问题,更拥有广泛的应用基础。已经有大量研究正专注于利用单个粒子系统的特殊属性来建造量子计算机、改进测量方法,以及构建量子网络和安全的量子加密通信。

在量子力学中允许出现这样一种情况:无论相距多远,两个或多个粒子能够共享物理状态,这被称为量子纠缠。

用一个小实验来做个比喻:有这样一个机器,它可以向相反的方向抛出相反颜色的球。在这个机器抛球之前,我们无法确定这两个球的颜色,但一旦有人看到了其中一个小球的颜色,那么另一个小球就会变成相反的颜色:当小明在其中一端接到了一个黑色的球时,他立刻就可以知道,对面的小红接到的是个白色的球。同时小红也马上知道了,小明接到的是黑球。这就是量子纠缠。

自从量子纠缠理论提出以来,它一直是量子力学中争论最多的元素之一。爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”,认为它违背了狭义相对论,而薛定谔说这是量子力学最重要的特征。

爱因斯坦和助手提出了一个思想实验,就是著名的EPR佯谬。作为爱因斯坦思想的继承人,玻姆在1952年在引入了 “隐变量”,形成了一个完全决定性的理论——局域隐变量理论。1964年,北爱尔兰物理学家约翰·贝尔提出贝尔不等式,可以通过实验验证,究竟是量子力学理论正确且完备,还是局域隐变量理论正确且完备。

今年的获奖者探索了这些纠缠的量子态,并通过近40年的实验最终证明:量子力学是正确的,不存在隐变量,换句话说,他们证明了爱因斯坦也有小错误。他们的实验为目前正在进行的量子技术革命奠定了基础。

约翰·克劳泽使用了钙原子。他用一种特殊的光照射钙原子之后,可以发射纠缠光子。他在两侧用滤光片测量光子的偏振。经过一系列测量,他证明它们违反了贝尔不等式。

阿兰·阿斯佩开发了这个实验,通过一种新的激发原子的方法,使它们以更高的速率发射纠缠光子。他还可以在不同的设置之间切换,这样系统就不会包含任何可能影响结果的预先信息。

安东·塞林格后来对贝尔不等式进行了更多测试。他通过将激光照射在特殊晶体上来制备纠缠光子对,并使用随机数切换测量设置。一项实验使用来自遥远星系的信号来控制滤光片并确保信号不会相互影响。

这些日趋完善的工具让我们离实际应用更近了。现在已经证明,通过数十千米光纤发送的光子之间,以及卫星和地面站的光子之间都能建立纠缠态。在很短的时间内,世界各地的研究人员发现了许多利用量子力学最强大特性的新方法。

2010年,这三位物理学家已经联手获得“诺奖风向标”沃尔夫奖(The Wolf Prize)。美国物理联合会旗下科普网站Inside Science于2019、2020、2021曾连续三年预测,这三位物理学家奖将获得诺贝尔物理学奖。

话匣子综合自果壳、环球科学、返朴等

编辑:玫瑰砂

责任编辑:陈敏