贝尔定理的实验验证

贝尔定理的实验验证是一个物理实验，旨在测试量子力学理论与阿尔伯特·爱因斯坦所主张的定域性原理概念是否正确。贝尔定理实验测试真实世界是否满足定域性原理，定域性原理存在一些额外的局部变量（称为隐变数）来解释像光子和电子这样的粒子的行为。根据贝尔定理，如果大自然遵守任何局部隐变数理论，贝尔定理实验的结果将是特定且可量化。

实验

科学家已于实验室已经进行过许多类型的贝尔定理实验，许多贝尔定理实验并不能够完美满足贝尔定理的假设条件，都存在一些漏洞，导致人们依然无法对这一争论进行最终判定。定域性漏洞（locality loop hole）认为两个光子之间可能串通作弊，通过某种不大于光速的通讯通道来传递彼此的状态信息。

至今没有任何实验能够完全地补足这些漏洞[1]。不过物理学家相信，完美的贝尔定理实验可以在5年内出现。虽然完美的实验尚未出现，但主流量子力学教科书已将贝尔定理视为基础物理定理[2][3]。但是，没有任何物理定理能够毫无疑问的被接受；仍有些物理学者反驳，贝尔定理隐藏的假定或实验漏洞否定了理论的正确性[4][5]。

历史

1972年，Clauser和Stuart Freedman在加州大学柏克莱分校完成第一次贝尔定理实验，因存在一些漏洞，结果不具有说服力。

1982年，阿兰·阿斯佩等人在巴黎第十一大学改进Clauser和Freedman贝尔定理实验，实验结果违反贝尔定理[6][7]。

1998年，安东·蔡林格等人在奥地利因斯布鲁克大学完成贝尔定理实验，彻底排除定域性漏洞，实验结果具有决定性[8]。

2016年，大贝尔实验（the Big Bell Test）展开，并召集到世界各地超过10万名志愿者。在实验中，所有志愿者都需要基于个人的自由意志不断地进行选择形成二进制随机数，在过关游戏中快速随机地按下0或者1，12小时内共持续产生每秒逾1000比特的数据流，全部记录在互联网云端，并被实时和随机地发放给分布在世界各地的相关研究团队，用以控制这些研究团队的贝尔不等式检验实验。大贝尔实验相信人类拥有真正的自由意志，通过大量参与者的自由意志，大贝尔实验在更广泛的范围内关闭自由选择漏洞，强烈否定爱因斯坦的定域性原理[9]。

参考文献

  1. ^ Article on Bell's Theorem （页面存档备份，存于互联网档案馆） by Abner Shimony in the Stanford Encyclopedia of Philosophy, (2004).
  2. ^ Griffiths, David J. Introduction to Quantum Mechanics: Second Edition. Pearson Prentice Hall, 1998. p. 423-428.
  3. ^ Merzbacher, Eugene Quantum Mechanics: Third Edition. John Wiley & Sons Inc., 2005. p. 18, 362.
  4. ^ Buchanan, Mark, Quantum untanglement: is spookiness under threat? New Scientist, 2 Nov 2007. 存档副本. [2011-06-19]. （原始内容存档于2011-09-30）. ; See also arXiv:1103.1879
  5. ^ Caroline H. Thompson The Chaotic Ball: An Intuitive Analogy for EPR Experiments Found.Phys.Lett. 9 (1996) 357-382 arXiv:quant-ph/9611037
  6. ^ Alain Aspect; Philippe Grangier; Gérard Roger. Experimental Tests of Realistic Local Theories via Bell's Theorem. Phys. Rev. Lett. 1981, 47 (7): 460–3. Bibcode:1981PhRvL..47..460A. doi:10.1103/PhysRevLett.47.460. 
  7. ^ Alain Aspect; Jean Dalibard; Gérard Roger. Experimental Test of Bell's Inequalities Using Time-Varying Analyzers. Phys. Rev. Lett. 1982, 49 (25): 1804–7. Bibcode:1982PhRvL..49.1804A. doi:10.1103/PhysRevLett.49.1804. 
  8. ^ G. Weihs; T. Jennewein; C. Simon; H. Weinfurter; A. Zeilinger. Violation of Bell's inequality under strict Einstein locality conditions. Phys. Rev. Lett. 1998, 81: 5039–5043. Bibcode:1998PhRvL..81.5039W. arXiv:quant-ph/9810080  . doi:10.1103/PhysRevLett.81.5039. 
  9. ^ Challenging local realism with human choices. Nature. May 2018, 557 (7704): 212–216 [2018-05-13]. ISSN 0028-0836. doi:10.1038/s41586-018-0085-3. （原始内容存档于2021-01-14）.