第三十五章 宇宙中最為神秘和深刻的定理(1 / 3)

Pxy=-N1-N2+N3+N4+N5+N6-N7-N8

嗯,蠻容易的嘛,我們再來算算Pxz,也就是Ax為+同時Bz為+的相關:

Pxz=-N1+N2-N3+N4+N5-N6+N7-N8

再來,這次是Pzy,也就是Az為+且By為+:

Pzy=-N1+N2+N3-N4-N5+N6+N7-N8

好了,差不多了,現在我們把玩一下我們的計算結果,把Pxz減去Pzy再取絕對值:

|Pxz-Pzy|=|-2N3+2N4+2N5-2N6|=2 |-N3+N4+N5-N6|

這裏需要各位努力一下,超越小學數學的水平,回憶一下初中的知識。關於絕對值,我們有關係式 ,所以套用到上麵的式子裏,我們有:

|Pxz-Pzy|=2 |N4+N5-N3-N6|≤2(|N4+N5|+|N3+N6|)

因為所有的概率都不為負數,所以2(|N3+N4|+|N5+N6|)=2(N3+N4+N5+N6)。最後,我們還記得N1+N2+…+N8=1,所以我們可以從上式中湊一個1出來:

2(N3+N4+N5+N6)=1+(-N1-N2+N3+N4+N5+N6-N7-N8)

看看我們前麵的計算,後麵括號裏的一大串不正是Pxy嗎?所以我們得到最終的結果:

恭喜你,你已經證明了這個宇宙中最為神秘和深刻的定理之一。現在放在你眼前的,就是名垂千古的“貝爾不等式”(Bell’s inequality)。它被人稱為“科學中最深刻的發現”,它即將對我們這個宇宙的終極命運作出最後的判決 。

嗯,這個不等式看上去普普通通,似乎不見得有什麼神奇的魔力,更不用說對於我們宇宙的本質作出終極的裁決。它真的有這樣的威力嗎?

我們還是先來看看,貝爾不等式究竟意味著什麼。我們在上一章已經描述過了,Pxy代表了A粒子在x方向上為+,而同時B粒子在y方向上亦為+這兩個事件的相關性。相關性是一種合作程度的體現(不管是雙方出奇地一致還是出奇地不一致都意味著合作程度很高),而合作則需要雙方都了解對方的情況,這樣才能夠有效地協調。在隱變量理論中,我們對於兩個粒子的描述是符合常識的:無論觀察與否,兩個粒子始終存在於客觀現實之內,它們的狀態從分裂的一霎那起就都是確定無疑的。假如我們禁止宇宙中有超越光速的信號傳播,那麼理論上當我們同時觀察兩個粒子的時候,它們之間無法交換任何信息,它們所能達到的最大協作程度僅僅限於經典世界所給出的極限。這個極限,也就是我們用經典方法推導出來的貝爾不等式。

如果世界的本質是經典的,具體地說,如果我們的世界同時滿足:1.定域的,也就是沒有超光速信號的傳播。2.實在的,也就是說,存在著一個獨立於我們觀察的外部世界。那麼我們任意取3個方向觀測A和B的自旋,它們所表現出來的協作程度必定要受限貝爾不等式之內。也就是說,假如上帝是愛因斯坦所想象的那個不擲骰子的慈祥的“老頭子”,那麼貝爾不等式就是他給這個宇宙所定下的神聖的束縛。不管我們的觀測方向是怎麼取的,在EPR實驗中的兩個粒子決不可能冒犯他老人家的尊嚴,而膽敢突破這一禁區。事實上,這不是敢不敢的問題,而是兩個經典粒子在邏輯上根本不具有這樣的能力:它們之間既然無法交換信號,就決不能表現得親密無間。

Pxy=-N1-N2+N3+N4+N5+N6-N7-N8

嗯,蠻容易的嘛,我們再來算算Pxz,也就是Ax為+同時Bz為+的相關:

Pxz=-N1+N2-N3+N4+N5-N6+N7-N8

再來,這次是Pzy,也就是Az為+且By為+:

Pzy=-N1+N2+N3-N4-N5+N6+N7-N8

好了,差不多了,現在我們把玩一下我們的計算結果,把Pxz減去Pzy再取絕對值:

|Pxz-Pzy|=|-2N3+2N4+2N5-2N6|=2 |-N3+N4+N5-N6|

這裏需要各位努力一下,超越小學數學的水平,回憶一下初中的知識。關於絕對值,我們有關係式 ,所以套用到上麵的式子裏,我們有:

|Pxz-Pzy|=2 |N4+N5-N3-N6|≤2(|N4+N5|+|N3+N6|)

因為所有的概率都不為負數,所以2(|N3+N4|+|N5+N6|)=2(N3+N4+N5+N6)。最後,我們還記得N1+N2+…+N8=1,所以我們可以從上式中湊一個1出來:

2(N3+N4+N5+N6)=1+(-N1-N2+N3+N4+N5+N6-N7-N8)

看看我們前麵的計算,後麵括號裏的一大串不正是Pxy嗎?所以我們得到最終的結果:

恭喜你,你已經證明了這個宇宙中最為神秘和深刻的定理之一。現在放在你眼前的,就是名垂千古的“貝爾不等式”(Bell’s inequality)。它被人稱為“科學中最深刻的發現”,它即將對我們這個宇宙的終極命運作出最後的判決 。

嗯,這個不等式看上去普普通通,似乎不見得有什麼神奇的魔力,更不用說對於我們宇宙的本質作出終極的裁決。它真的有這樣的威力嗎?

我們還是先來看看,貝爾不等式究竟意味著什麼。我們在上一章已經描述過了,Pxy代表了A粒子在x方向上為+,而同時B粒子在y方向上亦為+這兩個事件的相關性。相關性是一種合作程度的體現(不管是雙方出奇地一致還是出奇地不一致都意味著合作程度很高),而合作則需要雙方都了解對方的情況,這樣才能夠有效地協調。在隱變量理論中,我們對於兩個粒子的描述是符合常識的:無論觀察與否,兩個粒子始終存在於客觀現實之內,它們的狀態從分裂的一霎那起就都是確定無疑的。假如我們禁止宇宙中有超越光速的信號傳播,那麼理論上當我們同時觀察兩個粒子的時候,它們之間無法交換任何信息,它們所能達到的最大協作程度僅僅限於經典世界所給出的極限。這個極限,也就是我們用經典方法推導出來的貝爾不等式。

如果世界的本質是經典的,具體地說,如果我們的世界同時滿足:1.定域的,也就是沒有超光速信號的傳播。2.實在的,也就是說,存在著一個獨立於我們觀察的外部世界。那麼我們任意取3個方向觀測A和B的自旋,它們所表現出來的協作程度必定要受限貝爾不等式之內。也就是說,假如上帝是愛因斯坦所想象的那個不擲骰子的慈祥的“老頭子”,那麼貝爾不等式就是他給這個宇宙所定下的神聖的束縛。不管我們的觀測方向是怎麼取的,在EPR實驗中的兩個粒子決不可能冒犯他老人家的尊嚴,而膽敢突破這一禁區。事實上,這不是敢不敢的問題,而是兩個經典粒子在邏輯上根本不具有這樣的能力:它們之間既然無法交換信號,就決不能表現得親密無間。