5月15日—EPR悖論與量子糾纏

1905年，愛因斯坦用光量子成功解釋光電效應，成為量子力學的開創者之一。他沒料到二十年後，量子力學在哥本哈根學派的引領下，竟與自己漸行漸遠。

先是薛丁格於1925年發表波動方程式後，愛因斯坦的好友玻恩（Max Born）隔年竟然主張方程式中的波函數並不是真的波，而是一種機率振幅，代表粒子在各種量子態的機率。也就是說粒子是由所有可能的狀態疊加在一起，直到進行觀測時，粒子才從「疊加態」塌陷為確切的狀態。不僅薛丁格本人無法接受此一詮釋，愛因斯坦也深深不以為然，而在給玻恩的信中寫下著名的這句話：「無論如何，我確信他（上帝）不會玩骰子。」

1927年，海森堡提出測不準原理，指出我們無法同時精確測量粒子的位置與動量。隨後在玻恩的提醒下，海森堡再正名為不確定性原理，因為並不是測量技術的限制，才無法得知粒子的確切狀態，而是根本就沒有所謂的客觀實在，有意義的只有觀測所得的結果。

怎麼可能沒有客觀實在？難道我們不看月亮時，它就不在那裏嗎？！愛因斯坦實在無法接受哥本哈根學派的主張，他和哥本哈根陣營的波耳多次辯論，試圖挑出不確定性原理的漏洞，但每次波耳都能成功擋下他的攻擊。他退而求其次，即使找不出漏洞，至少也要證明哥本哈根詮釋並不是個完備的理論。

1935年5月15日，愛因斯坦與波多斯基（Boris Podolsky）、羅森（Nathan Rosen）三人共同發表一篇論文，題為《量子力學對物理實在的描述能被視為完備的嗎？》。論文中設想了一個思想實驗（後來就以他們三人姓氏簡稱為「EPR悖論」）：A、B兩個粒子交互作用後互相遠離，我們可以測量A粒子的動量，而根據守恆定律便推算出B粒子的動量；另一邊則有人測量B粒子的位置，便可同時知道B粒子的動量與位置。但不確定性原理卻說無法同時得知動量與位置，可見它並不完備。

薛丁格讀了這篇論文後深表同意，並用「量子糾纏」這個名詞稱呼這兩個產生交互作用的粒子。他指出其荒謬之處：若按照哥本哈根詮釋，測量A粒子才讓它從各種可能性的「疊加態」崩陷為某一特定狀態；而在此瞬間，B粒子也會從疊加態崩陷為與A互補的狀態。假設我們等這兩個粒子相距甚遠才測量，那麼測量仍在地球的A粒子竟會瞬間影響已經遠在冥王星的B粒子，豈非違反了狹義相對論已經證明的「光速是無法超越的極限」？愛因斯坦聞之也附和嘲笑這根本是「鬼魅的超距作用」。

EPR悖論雖然令哥本哈根學派啞口無言，但畢竟做不到這樣的測量，也無法證明不存在「鬼魅的超距作用」。直到1964年，愛爾蘭物理學家貝爾（John Bell）終於想出驗證的方法。他設想一個思想實驗，如果實驗數據的統計結果符合「貝爾不等式」，便代表沒有所謂的量子糾纏，也就捍衛了愛因斯坦等人篤信的「局域實在論」。

沒想到一九八○年代技術成熟以後，許多根據貝爾所構想的實驗卻紛紛顯示：統計結果違反貝爾不等式，反倒證實了匪夷所思的量子糾纏真的存在。其中著手實驗的先驅：阿斯佩 (Alain Aspect)、克勞澤 (John F. Clauser) 與塞林格 (Anton Zeilinger) 三人，便因此獲頒2022年的諾貝爾物理學獎。