沒有人看月亮時她是否還在那兒? --作者: 黃志偉
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實驗結果

70 年代起,有一連串的實驗開始檢驗 Bell 不等式.其中包括了級聯光子對(cascade-photon)相關實驗,正負電子對湮滅(positronium annihilation)的高能相關γ光子實驗,以及質子對散射(proton-proton scattering)實驗等,大部分的實驗都顯示了違背 Bell 不等式的結果!

利用正負電子對湮滅的實驗,有
吳健雄, L.R.Kasday, J.D.Ullman (1970-1975)
G. Faraci (1974)
A.R.Wilson (1976)
M. Bruno (1977)
等等.除了 Faraci 的實驗之外,其餘都得出了違反 Bell 不等式,而與量子力學的預測相符的結果.Faraci 的實驗則背離量子的學的預測,而比較接近了 Bell 不等式的極限.

利用單態質子對的實驗有一個,是 M.Lamehi-Rachti 及 W.Mittig (1976).他們的實驗也顯示出違背 Bell 不等式,而符合量子力學預測的結果.

利用級聯光子對的實驗比較多,主要有
J.F.Clauser 和 S.J.Freedman (1972)
R.A.Holt 及 F.M.Pipkin (1973)
Clauser (1976)
E.S.Fry 和 R.C.Thompson (1976)
A.Aspect, P.Grangier, G.Roger (1982)
等等.其中 Holt 和 Pipkin 的實驗結果違背了量子力學,而符合 Bell 不等式,其餘的皆支持量子力學的預測.

其中較值得注意的是 Aspect 在 1982 年的實驗.下圖是 Aspect 實驗的簡圖.
圖七 Aspect實驗簡圖
兩邊各有兩個的偵測器可以測量光子的偏極化方向.S 是一超音波開關,以大約 25 MHz 的頻率在兩個偵測器之間切換著.

在我們前面所談到的 EPR 實驗中,對其中一邊粒子的量測會影響到對另一邊粒子量測的結果,換句話說,一邊的粒子似乎以某種方式送「訊息」給另一邊的粒子.Aspect 的實驗裝置表明了,如果這樣的訊息傳遞存在的話,其傳播的速度將超過光速.Aspect 的實驗顯示了超距作用(action-at-a-distance)是可能存在的.

至少,到目前為止,實驗結果是支持量子力學,而否定 Bell 不等式以及它的前提,Einstein 定域性假設.對此,我們有下面三點評注:

第一,仍有少許實驗顯示出背離量子力學的結果.然而,我們以為這是實驗系統的誤差造成的(例如,註19).我們這樣維護量子力學並不是因為量子力學在原子的領域中是如此的成功,而是因為,在 Bell 不等式的實驗中,量子力學預測了很強的相關性,而 Bell 定理則對此相關性設限.一般的系統誤差很容易埋沒強烈的相關性而使結果接近 Bell 不等式,但卻不容易加強微弱的相關性.因此,實驗技術愈進步,儀器調整愈精確,否定 Bell不等式的可能就愈大.從最近的實驗結果看來正是如此.

第二,所有 Bell 不等式的推導中都或多或少有些輔助性的假設,這些假設難以直接以實驗驗證.因此,目前為止還不足以令人完全信服.然而,即使量子力學將來被證明是錯誤的,新的理論仍必須面臨了違背 Bell 不等式以及解釋相隔兩地系統相關性的挑戰.

第三,雖然 Aspect 等的實驗顯示了超距作用的可能性,但這並不表示資訊(information)傳遞的速度可以超過光速.例如在單態粒子對實驗中,僅有在 A, B 兩地的觀察者將他們的結果拿來相互比較之後,它們的相關性才會顯現出來.任何一方的觀察者無法僅靠他自己偵測器特別的方向而得知對方的安排.他所看到的結果永遠只是一些「正,負,正,負……」交雜出現的亂碼.這當中並無任何的資訊可言.

結語

1985 年,Cornell 大學教授 N.David Mermin 發表了一篇名為「當沒有人看月亮時她還在嗎?」(Is the moon there when nobody looks?)的文章,將當代物理學家對 EPR 反論和 Bell 不等式的態度做了一個總結:「在我看來,現在的物理學家可分成兩大類,第一類物理學家飽受 EPR 反論和 Bell 不等式的因擾.而第二類(占大多數)則否.不過這一類又可分成兩小類.2a 類解釋他們為什麼不受因擾.然而他們的解釋不是完全牛頭不對馬嘴(如 Born 對 Einstein), 要不然就是包含了一些主張,稍後可以被證明是錯的.2b 類則是不受因擾,也拒絕解釋為什麼.他們的立場曖昧,無從指責.(2b 類還有一種衍生型,主張 Bohr 已經把一切事情擺平了,但拒絕解釋怎麼做.)」

物理大師 Richard P. Feynman 在談到量子力學的基礎時也說道:「我找不出真正的問題,所以我懷疑真正的問題根本不存在.可是我又不能確定沒有真正的問題.」

本世紀的兩位科學巨人先後去世了.然而這場爭論最久,影響層面最廣的科學大戰並未停止.相反的,它繼續的朝物理學和哲學中更基本,更深遠的層面衝擊,向全人類的智慧挑戰.這樣的衝擊和挑戰,是否又將會引燃一次更壯烈的革命呢?

且讓我們 拭目以待 吧!

全文完....^_^

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