学文网摘要EPR关联是20世纪有名的问题之一，涉及到了量子力学的基础。这个问题的完整解决花费了将近半个世纪的时间。本论文从著名的爱因斯坦波尔论战开始，讨论了EPR问题的提出背景，EPR问题的提出缘由，EPR论文的具体内容，并从中获得的启示。
关键词EPR关联背景 波尔与爱因斯坦论战 量子信息
文章编号1008-5807（2011）02-098-02
一、EPR问题的提出背景
EPR的提出是源于爱因斯坦与波尔论战。这场世纪之初的争论的是发生在汇集众多鼎鼎有名的物理学家参加的会议―索尔维会议上。索尔维会议是由一位比利时的实业家欧内斯特・索尔维创立了的，著名物理学家能斯托出面邀请而召开的。每三年举行一次。如今我们再回头去看当年第五届会议的合影，我们就会发现几乎每一位都是物理学上有名的大师：“量子力学之父”，马克斯・普朗克；塞曼效应发现者之一，洛仑兹变换公式的提出者，亨德瑞克・安***恩・洛伦兹；催化了当时酝酿已久的中国物理学会成立的保罗・朗之万；狄拉克方程的提出者，保罗・阿德里・莫里斯・狄拉克；还有两次诺贝尔奖的的居里夫人……当然其中最引人瞩目的便是：爱因斯坦，波尔，薛定谔。是他们对基础物理学做出了巨大的贡献。第五、六届的索尔维会议虽然主题分别为“电子与光子”和“物质的磁性”但实质上是物理学大师的量子力学研讨会，也是爱因斯坦与波尔争论主要交锋会议。在戈革的著作《尼尔斯?波尔他的生平、学术和思想》一书中就把爱因斯坦与波尔的争论划分为三个阶段：“ 1927年以前的酝酿阶段”，“1927年之1930年的交锋阶段”，“1930年以后的僵持阶段”。其中的交锋阶段就是指第五届和第六届的索尔维会议。
在第五届索尔维会议上爱因斯坦与以玻尔为首的哥本哈根学派主要就海森堡的测不准原理展开了论战，其中爱因斯坦设计了不少巧妙的实验力***证明对单个过程有可能提供一个精确时空描述。但这些思想实验都被波尔一一驳倒，是爱因斯坦最后不得不认输。显然在这次会议上哥本哈根学派的量子力学解释获得了普遍接受。当然爱因斯坦决不会服气，自然也就引发了在第六届索尔维会议的论战。第五届索尔维会议爱因斯坦的思想实验都是关于坐标与动量的，在这一届会议上，爱因斯坦则是提出了关于能量与时间测不准关系的问题。其中一个有名的实验是：
假设有一个能够脉冲式发射光子的盒，爱因斯坦指出可以通过称量发射前后盒子质量，利用质能关系,就可以利用任意小的误差来确定能量差值，进而利用能量守恒定律求出光子的能量。时间与能量以任意精度确定，与海森堡关系矛盾。这个问题虽然表面看起来正确，波尔没有立即回答，但仅过一个不眠之夜，波尔就通过广义相对论中的“引力红移效应”反驳了爱因斯坦。波尔指出在一个重力场中下降的时钟会走慢，因此光子盒可以精确测定能量，但无法控制光子溢出时间。爱因斯坦被自己理论而反驳，输了又一场辩论。
此后爱因斯坦开始关注量子力学的不完备性。在1935年，出现了著名的EPR文章。
二、EPR论文的内容
1935年，爱因斯坦，波多尔斯基，罗森共同发表了一篇文章《能认为量子力学物理学是在的描述是完备的吗？》。爱因斯坦以他一贯坚持的实在论的观点，提出了一个极为巧妙的思想实验，来证明量子力学有一个佯谬：要么量子力学对物理的描述不完备，要么就存在是超距作用。他们的文章后被称为EPR文章，以后对这个问题的论证被称为EPR论证，这个佯谬叫做EPR佯谬，文章中所指出的神秘的超距作用叫做EPR效应。
EPR佯谬中，爱因斯坦同前几次一样仍然挑战哥本哈根学派的核心原理之一―测不准原理，同时他的这一著名的思想实验也阐述了量子理论最奇怪的方面―“超距作用”，即一个量子体系在被分开有几个部分之间，似乎需要比光速还快的超距作用 。当我们不对体系进行任何干扰，却能确定地预言某个物理量的值时，必定存在着一个物理实在的要素对应于这个物理量，即实在性判据。EPR在推理过程中还默认了以下两个假设：（1）定域性假设；如果测量时两个体系不再相互作用，那么对第一个体系所能做的无论什么事，都不会使第二个体系发生任何实在的变化；（2）实在性假设：物理***于人的客观意识存在。接着，EPR介绍了物理实在的量子力学描述的一般特征后，认为量子力学不满足上述这些判据，所以是不完备的。论文的第一部分似乎不够说服力，给人一种抽象的感觉。所以爱因斯坦在第二部分阐述了一个较为具体的例子。
爱因斯坦假定量子力学适用于相关体系。假定体系包含两个粒子，他们之中每一个坐标算符和动量算符是不对易的。但是和对易，他们之间可以有共同本征态。由此制备一个量子态本征值为a，本征值为0。设想a很大以至于对一个的测量无法影响到另一个。所如果测得粒子1的坐标为x，那么粒子2坐标为x+a，；如果测量粒子1的动量为p，则粒子2的动量为-p。也就是说对粒子1的测量同时也对粒子2进行了测量。而根据海森堡不确定性原理，不能对粒子1的坐标动量同时精确测量，这就意味着在测量的时候，我们也无法测量在遥远处的粒子2的精确动量。这意味着有两个可能结论：
1、存在着即时的超距作用，在测量粒子1的同时干扰了粒子2的动量；
2、本来就有精确值，只是量子力学不完备。
爱因斯坦对问题的叙述逻辑极为严格，先给出了物理完备性的定义，接着使用了两个大家已经达成共识的假设，又用颇为具体的实力佐证。整个过程严丝合缝，简洁明了。根本没有用到复杂的数学式子，只用了量子力学最基本的波函数定义，却推导出了令整个物理界为之震惊的EPR关联。谁能想到整个问题的解决却花了将近半个世纪？
3、问题的思考
一个看似简单问题，却存在着佯缪，物理学就是这麽的奇妙。在爱因斯坦与波尔争论陷入了僵持之后，物理学界百家争鸣在此后约有20几年关于EPR的问题一直处于一个停滞不前的阶段。隐变量理论的出现似乎使得爱因斯坦要获得胜利，但是贝尔不等式给这个问题一个终结的判据。对EPR实验的验证，Aspect在1981年完成了迄今为止有关EPR问题最有利的实验。实验的结果却是与量子学符合极好。到此为止，EPR问题终于盖棺定论，局域隐变量不存在。量子理论大获全胜。
EPR对这种两个粒子之间的非定域关联称做“纠缠”。通过粒子之间的关联可以完成量子传输。量子传输是一种全新通信方式,利用量子纠缠技术,它传输的不再是经典信息而是量子态携带的量子信息,是未来量子通信网络的核心要素。
EPR佯缪的提出，是爱因斯坦除了1905年那五篇震惊世界论文之外的又一贡献，它不仅引发了量子力学基础问题的再思考，还引发了如今热门的学科：量子信息。爱因斯坦不愧为物理学大师。
参考文献：
[1] 董光壁，田昆玉.EPR关联之谜.陕西科学技术出版社,1988.
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