……
上面是一段沉默
无法理解的量子纠缠
关于量子纠缠的研究，或者用专业一点的说法，违反贝尔不等式的实验证明，获得了2022年度的诺贝尔物理学奖。但是，对于量子纠缠，几乎所有的专业人士都公开表示，自己无法理解，不知道发生了什么。因为量子纠缠是非局域的，违反了局域性原理，而局域性原理是相对论要求的。没有一个专业人士敢说出那句话。
提出贝尔不等式的约翰·贝尔本人，本来认为，实验结果会支持爱因斯坦坚持的局域实在性，因为局域性是相对论要求的，而实在性是唯物观的基石。人们认为，局域实在性对应隐变量理论。隐变量理论是指，虽然我们不知道具体的量子态是什么，但是量子态仍然是确定的。
当然，后来的实验结果违反了贝尔不等式，即与隐变量理论矛盾。因此，人们认为贝尔实验否定了局域实在性，也就是“证明了爱因斯坦错了”。实验并不能否定实在性，但是却否定了局域性。这就是“量子非局域性”的由来。
贝尔本人对实验结果困惑不已，几近崩溃。
量子纠缠，或者量子非局域性究竟是什么意思？一般的公开表述是：“两个互相纠缠的粒子，无论相隔多远，哪怕是一亿光年，无论中间有什么阻隔，只要碰了(测量)其中一个，另一个立刻同时改变自己的状态，以保持与纠缠粒子的相关要求，比如互相平行，自旋相反，等等。”
那么是不是本来两个粒子已经确定了，并且保持了需要的关系呢？比如一双手套放在两个盒子里，但是不知道每个盒子放的是哪只手套。无论两个盒子相距多远，只要打开其中一个，就马上知道另一个盒子里装的是哪一只呢？按照一般的认识，这个手套比喻对应的是隐变量理论，即，虽然我们不知道哪个盒子装的是哪只手套，但是每个盒子里面手套的左右一定是确定的。但是如果按照玻尔对薛定谔猫的理解，也就是认为，每个盒子里的手套是左右两只手套的叠加态(both-and)，而不是明确的或左或右(either-or)，那么这个比喻就是量子纠缠了，因为每个盒子中的手套状态已经是量子叠加态，而两个盒子中的状态必须互补。对其中任何一个盒子的测量，会导致另一个盒子里手套状态瞬时确定。
同一件事情，用不同的方式来理解，就会带来本质的差别。一个是局域实在论的隐变量情形，一个是非局域纠缠情形。那么哪种理解才是对的呢？对于手套例子，本来是不需要争论的，一般人都会认同隐变量概念。但是如果坚持认为就是薛定谔猫情形，认同隐变量理论的人也没有充分的理由反驳，就像薛定谔和玻尔各说各话一样。
贝尔的贡献在于，他提出了一种实验方法，也就是贝尔不等式，能够通过实验，区别上面两种理解，并判定哪种理解更符合实验。那么，
贝尔实验究竟证明了什么？
关于贝尔不等式及其推广、以及贝尔实验的介绍很多，感兴趣的读者可以自行搜索参考。要注意的是，贝尔不等式的数学推导和物理图像都不直观，一般人很难理解。即使物理专业人士，好不容易理解了的人，或者感觉自己理解了的人，有相当的自信相信：别人，特别是反对的人，没有理解贝尔不等式及其物理意义。虽然没人敢说，自己知道量子纠缠是怎么回事。
我们从容易理解的物理图像方式解释贝尔实验。
贝尔不等式找到了一种判定纠缠粒子之间是否存在额外关联的方法。按照一般的理解（即局域实在性），粒子的状态虽然关联，但是状态已经确定了，即一般意义理解的手套比喻。对于关联粒子来说，比如光子的偏振性，两个光子的偏振方向必须相同（或者相反，对于线偏振，必须平行），而电子或正负电子对，一般是自旋相反。这种关联是开始就确定了，然后不变，还是测量那一刻才确定，在统计上会产生一些差别，大量重复实验，就可以明确是否存在这一差别。违反了贝尔不等式，就证明粒子间的关联，或者说状态，是测量的时候确定的，而不是产生粒子对的时候确定的。由于对两个粒子的分别测量可以相距很远，两次测量之间不可能有信号联系，因此两次测量应该是独立的。如果对两个相距很远粒子对分别测量的确是独立的，那么统计上就会满足贝尔不等式，也就是局域实在性的要求。如果两次测量不独立，就会存在额外的关联，测量数据统计就会违反贝尔不等式。
我们也从相同的角度，解释第一个被认为证明违反了贝尔不等式的实验，也就是这次诺贝尔物理学奖获得者，Aspect的实验。为了理解Aspect的实验，我们先介绍基础的光子偏振和偏振分解概念。
线偏振的光子，可以理解为一列横波，有一个垂直于传播方向的振动。如果偏振片缝的方向正好平行于振动方向，光就可以穿过偏振片；如果垂直，光就过不去。但如果二者成一个角度，那么就应该把振动方向沿平行和垂直于偏振片缝的方向做正交分解，垂直的分量会被挡住，平行的分量会穿过偏振片（从这个角度来说，光应该是波，否则它的振动和分解都难以理解）。
如果用两片偏振方向相互垂直的偏振片，将挡住所有的光。因为通过第一片的光只有垂直第二片的分量，而被第二片全部挡住。如果在这两片之间再放一片任意角度的偏振片(不平行于原来的任何一片)，那么反而会有光透过这一三片组合。因为第二片没有垂直于第一片，所以经过第一片的光平行于第二片的分量会透过第二片。同样，透过第二片的光也不垂直于第三片，平行分量会通过第三片。
了解的光的偏振和偏振片的性质后，我们再来看Aspect的实验（纠缠光子对实验）。
中间放一个产生纠缠光子的装置，即钙40原子的级联辐射（至于为什么是一对纠缠光子？如何理解该对纠缠光子？如何理解原子能级？是另一个需要讨论的问题。这里先接受纠缠光子对的说法）。
两边放上一对可以调节方向的偏振片和记录装置。
实验有详细的数据和分析，这里略去，我们只讨论到底发生了什么。
实验结果表明，光子对的方向不是在发出的时候确定的（隐变量情形），而是一边的探测影响决定了另一边光子的偏振方向。或者说，测量左边光子偏振方向的时候，似乎这个光子知道右边也在被测量，并且选择了（或者说，坍缩到）右边光子的偏振方向。或者反过来，左边光子知道右边光子被测量了，选择了右边光子的偏振方向。Aspect原始的实验左右两边距离只有6米，所以人们认为论证并不严格。但是后来的距离越来越远，人们相信上述事实的确被实验证明了。
这一实验结果也可以表述为：纠缠光子对产生的时候，知道要被探测了，只产生、或主要产生平行于某一偏振片的光子对。
由于光子计数发生在偏振片之后，因此，记录下的光子一定是平行于该偏振片的。如果原始光子偏振方向并没有平行于该偏振片，那么哥本哈根诠释是，该光子有一定机会通过偏振片，通过概率由二者之间的夹角决定。但通过之后，偏振方向一定平行于偏振片。
由于光子计数只记录了通过后的光子，如果两端都没有通过，是不会记录的。这是一个系统误差，可能导致幸存者偏差。
这一结果与双缝干涉实验是类似的。粒子似乎事先知道自己要被探测，因此干涉条纹消失。
为什么无法理解？
由于两端探测器可以距离中间的光子对发生器很远，两边都探测又是同时发生的，二者之间不可能交换信息，因此无法理解。
光子产生的时候不应该知道偏振片的角度，一端的探测也不应该知道另一端发生了什么。
对这一实验过程的解读存在一些基本假定：
第一，光子是以光速运动的点粒子，或者局域的一团东西，影响范围很小。
第二，光子产生，移动，探测，是顺序发生的三个独立事件。
第三，隐变量理论等同于局域实在性。
在这些假定下，当然无法理解实验。如果认可实验结果和上述假定，只能得出量子纠缠是非局域过程的结论，并存在一种鬼魅般(spooky)的相互作用。
哥本哈根的解释
如果根据非相对论量子力学的哥本哈根诠释，量子纠缠是自然的，并不存在理解困难。因为非相对论量子力学本来就假定了光速无穷大，那么信息传递当然不需要时间，光子与两端探测装置可以充分互动。非相对论量子力学本来就是全局的，或者说，非局域的。
量子都是理想波动，理想波当然都是全局的。
全局近似诠释的理解
可是我们的世界是相对论的啊。也就是，局域性原理是普适的。可是量子纠缠实验显然不满足局域性的要求。那么，哪里出问题了呢？
由于人们对一再重复的实验结论的信任，那么只能牺牲局域性原理了。也就是，量子过程是非局域的。虽然人们无法理解非局域性。
实验数据和分析当然已经经过了严格的检查，否则大家的信心就没有基础了。
究竟有没有别的可能呢？
前面说的三条基本假定，人们一般认为理所当然，天经地义，不需要讨论。然而，真的是这样吗？
我们先看第一条假定，即光子是点粒子。对于高能光子（伽马光子），光子的点粒子图像问题不大，毕竟，我们可以在云室中看到光子的运动轨迹。但在量子力学里面，并不存在点粒子，只有波粒二象性，即使对高能光子。自由粒子都是延展到全空间的平面波。第一条假定里面，是没有光子的波动性的。
对于电磁辐射，包括可见光和其它低能频段，当成电磁波是没有问题的。实验中的纠缠光子对完全可以看成电磁波，而电磁波可以有很大的相干范围，特别是激光。实验驱动光源就是激光。在光学中，激光都是用波动光学，也就是电磁波理论描述的。如果说，根据量子力学中波粒二象性的要求，可以将光子理解成点粒子，那么至少，把光理解成电磁波也没有错误啊！
如果光是电磁波，那么第一条假定就不成立了。电磁波可以在很大的范围内反馈交互，形成一些全局本征模式。
如果第一条假定不成立，那么第二条假定自然也有问题了。也就是说，实验完全可以是一个全局交互(纠缠)的电磁过程，而不是三个分立的过程。
如果实验是一个全局交互过程，那么实验是很好理解的。全局过程当然表现为全局(非局域)相关，但是我们知道，对于电磁现象来说，所有的全局模式都是通过局域过程由全局条件反馈生成的，中间的任何一个时刻和事件都不违背局域性原理。
这一图像下，两端的偏振片有反光，反光是平行偏振片的。反光加强导致整个系统中，平行两端偏振片的全局电磁模式占优。这一图像非常直观，完全满足所有的物理原理，而且与实验结果一致。
实验证明
那么，如何才能从实验上证明全局诠释的理解呢？
我们以前已经提出过多个实验方案。这里再简单介绍一下。
一个方法是保证全局交互没有足够的时间建立，因为非局域理解不需要全局交互，只需要产生纠缠光子对。这需要驱动激光的时间足够短，并且间隔足够长。这样安排不影响非局域纠缠的概念，因此实验表现应该是一样的，但是全局模式建立需要交互，建立不了全局模式就会得到左右两边独立的测量事件，从而不违反贝尔不等式。因此，只要结果不一样，就说明全局模式建立的概念是对的。
另一个办法就是保证，实验的确是三个分立的过程，至少把产生和测量两个过程进行物理隔离。
还有一个办法是，去掉系统中的长程相干性，比如用非相干光驱动级联辐射。
实验的时候需要注意，我们无法摆脱背景辐射，而背景辐射中有各种组分的电磁波。这些电磁波可能足以建立全局本征模式。我们无法割裂历史，全局模式可能一直存在。但是，不是人们刻意建立的全局模式，不一定有足够强的信号。所以实验方案仍然有效，只是要排除可能的干扰。
更多的问题
量子纠缠究竟是纠缠全局态建立过程，还是纠缠的分立粒子？
量子纠缠有没有因果？至少表述中有，然而实质上没有，实验也不能证明因果，只能证明存在相关。
量子纠缠这个词，语义准确吗？
纠缠光子实验，完全是一个光学实验。至少从光学实验的角度理解，不违背任何基本原理。一个光学实验，不能建立直观的物理图像，非常奇怪。
什么是光子？什么是量子？
原子能级和原子辐射究竟是什么？是光子产生湮灭过程，还是普通的电磁过程？
薛定谔猫与手套，禁止测量的逻辑陷阱。
叠加态的定义中的或-或(either-or)与都有(both-and)。概率论中的概率本来是或-或，只能占一样。CI对叠加态的理解是都有，即薛定谔猫态。
从第一节的论证中我们知道，既然贝尔实验证明了，量子态是测量的时候确定的，而不是提前确定的（局域实在性），那么当然薛定谔猫就是玻尔说的叠加态，即既死又活态。贝尔实验也顺便证明了，薛定谔坚持的只能是提前确定的死或者活态，错了。可是如果进一步的实验证明了，全局诠释的理解才是对的，那么也就反过来证明了，至少对于猫这样的宏观物体，玻尔错了，薛定谔和爱因斯坦对了。
哥本哈根诠释的测量是取样测量，全局诠释的测量是相互作用测量。
这些问题，有的我已经讨论过，有的还没有。不过全局诠释完全可以提供一个符合直觉和逻辑，以及基本物理原理的解释。
原文：https://blog.sciencenet.cn/blog-268546-1359243.html
为什么人们无法理解量子纠缠
版主： verdelite， TheMatrix
Re: 为什么人们无法理解量子纠缠
你的解释太冗长了，没有用容易懂的语言或公式, 要向e=mc2才行。leiya 写了： 2022年 10月 14日 20:19 ……
上面是一段沉默
无法理解的量子纠缠
关于量子纠缠的研究，或者用专业一点的说法，违反贝尔不等式的实验证明，获得了2022年度的诺贝尔物理学奖。但是，对于量子纠缠，几乎所有的专业人士都公开表示，自己无法理解，不知道发生了什么。因为量子纠缠是非局域的，违反了局域性原理，而局域性原理是相对论要求的。没有一个专业人士敢说出那句话。
提出贝尔不等式的约翰·贝尔本人，本来认为，实验结果会支持爱因斯坦坚持的局域实在性，因为局域性是相对论要求的，而实在性是唯物观的基石。人们认为，局域实在性对应隐变量理论。隐变量理论是指，虽然我们不知道具体的量子态是什么，但是量子态仍然是确定的。
当然，后来的实验结果违反了贝尔不等式，即与隐变量理论矛盾。因此，人们认为贝尔实验否定了局域实在性，也就是“证明了爱因斯坦错了”。实验并不能否定实在性，但是却否定了局域性。这就是“量子非局域性”的由来。
贝尔本人对实验结果困惑不已，几近崩溃。
量子纠缠，或者量子非局域性究竟是什么意思？一般的公开表述是：“两个互相纠缠的粒子，无论相隔多远，哪怕是一亿光年，无论中间有什么阻隔，只要碰了(测量)其中一个，另一个立刻同时改变自己的状态，以保持与纠缠粒子的相关要求，比如互相平行，自旋相反，等等。”
那么是不是本来两个粒子已经确定了，并且保持了需要的关系呢？比如一双手套放在两个盒子里，但是不知道每个盒子放的是哪只手套。无论两个盒子相距多远，只要打开其中一个，就马上知道另一个盒子里装的是哪一只呢？按照一般的认识，这个手套比喻对应的是隐变量理论，即，虽然我们不知道哪个盒子装的是哪只手套，但是每个盒子里面手套的左右一定是确定的。但是如果按照玻尔对薛定谔猫的理解，也就是认为，每个盒子里的手套是左右两只手套的叠加态(both-and)，而不是明确的或左或右(either-or)，那么这个比喻就是量子纠缠了，因为每个盒子中的手套状态已经是量子叠加态，而两个盒子中的状态必须互补。对其中任何一个盒子的测量，会导致另一个盒子里手套状态瞬时确定。
同一件事情，用不同的方式来理解，就会带来本质的差别。一个是局域实在论的隐变量情形，一个是非局域纠缠情形。那么哪种理解才是对的呢？对于手套例子，本来是不需要争论的，一般人都会认同隐变量概念。但是如果坚持认为就是薛定谔猫情形，认同隐变量理论的人也没有充分的理由反驳，就像薛定谔和玻尔各说各话一样。
贝尔的贡献在于，他提出了一种实验方法，也就是贝尔不等式，能够通过实验，区别上面两种理解，并判定哪种理解更符合实验。那么，
贝尔实验究竟证明了什么？
关于贝尔不等式及其推广、以及贝尔实验的介绍很多，感兴趣的读者可以自行搜索参考。要注意的是，贝尔不等式的数学推导和物理图像都不直观，一般人很难理解。即使物理专业人士，好不容易理解了的人，或者感觉自己理解了的人，有相当的自信相信：别人，特别是反对的人，没有理解贝尔不等式及其物理意义。虽然没人敢说，自己知道量子纠缠是怎么回事。
我们从容易理解的物理图像方式解释贝尔实验。
贝尔不等式找到了一种判定纠缠粒子之间是否存在额外关联的方法。按照一般的理解（即局域实在性），粒子的状态虽然关联，但是状态已经确定了，即一般意义理解的手套比喻。对于关联粒子来说，比如光子的偏振性，两个光子的偏振方向必须相同（或者相反，对于线偏振，必须平行），而电子或正负电子对，一般是自旋相反。这种关联是开始就确定了，然后不变，还是测量那一刻才确定，在统计上会产生一些差别，大量重复实验，就可以明确是否存在这一差别。违反了贝尔不等式，就证明粒子间的关联，或者说状态，是测量的时候确定的，而不是产生粒子对的时候确定的。由于对两个粒子的分别测量可以相距很远，两次测量之间不可能有信号联系，因此两次测量应该是独立的。如果对两个相距很远粒子对分别测量的确是独立的，那么统计上就会满足贝尔不等式，也就是局域实在性的要求。如果两次测量不独立，就会存在额外的关联，测量数据统计就会违反贝尔不等式。
我们也从相同的角度，解释第一个被认为证明违反了贝尔不等式的实验，也就是这次诺贝尔物理学奖获得者，Aspect的实验。为了理解Aspect的实验，我们先介绍基础的光子偏振和偏振分解概念。
线偏振的光子，可以理解为一列横波，有一个垂直于传播方向的振动。如果偏振片缝的方向正好平行于振动方向，光就可以穿过偏振片；如果垂直，光就过不去。但如果二者成一个角度，那么就应该把振动方向沿平行和垂直于偏振片缝的方向做正交分解，垂直的分量会被挡住，平行的分量会穿过偏振片（从这个角度来说，光应该是波，否则它的振动和分解都难以理解）。
如果用两片偏振方向相互垂直的偏振片，将挡住所有的光。因为通过第一片的光只有垂直第二片的分量，而被第二片全部挡住。如果在这两片之间再放一片任意角度的偏振片(不平行于原来的任何一片)，那么反而会有光透过这一三片组合。因为第二片没有垂直于第一片，所以经过第一片的光平行于第二片的分量会透过第二片。同样，透过第二片的光也不垂直于第三片，平行分量会通过第三片。
了解的光的偏振和偏振片的性质后，我们再来看Aspect的实验（纠缠光子对实验）。
中间放一个产生纠缠光子的装置，即钙40原子的级联辐射（至于为什么是一对纠缠光子？如何理解该对纠缠光子？如何理解原子能级？是另一个需要讨论的问题。这里先接受纠缠光子对的说法）。
两边放上一对可以调节方向的偏振片和记录装置。
实验有详细的数据和分析，这里略去，我们只讨论到底发生了什么。
实验结果表明，光子对的方向不是在发出的时候确定的（隐变量情形），而是一边的探测影响决定了另一边光子的偏振方向。或者说，测量左边光子偏振方向的时候，似乎这个光子知道右边也在被测量，并且选择了（或者说，坍缩到）右边光子的偏振方向。或者反过来，左边光子知道右边光子被测量了，选择了右边光子的偏振方向。Aspect原始的实验左右两边距离只有6米，所以人们认为论证并不严格。但是后来的距离越来越远，人们相信上述事实的确被实验证明了。
这一实验结果也可以表述为：纠缠光子对产生的时候，知道要被探测了，只产生、或主要产生平行于某一偏振片的光子对。
由于光子计数发生在偏振片之后，因此，记录下的光子一定是平行于该偏振片的。如果原始光子偏振方向并没有平行于该偏振片，那么哥本哈根诠释是，该光子有一定机会通过偏振片，通过概率由二者之间的夹角决定。但通过之后，偏振方向一定平行于偏振片。
由于光子计数只记录了通过后的光子，如果两端都没有通过，是不会记录的。这是一个系统误差，可能导致幸存者偏差。
这一结果与双缝干涉实验是类似的。粒子似乎事先知道自己要被探测，因此干涉条纹消失。
为什么无法理解？
由于两端探测器可以距离中间的光子对发生器很远，两边都探测又是同时发生的，二者之间不可能交换信息，因此无法理解。
光子产生的时候不应该知道偏振片的角度，一端的探测也不应该知道另一端发生了什么。
对这一实验过程的解读存在一些基本假定：
第一，光子是以光速运动的点粒子，或者局域的一团东西，影响范围很小。
第二，光子产生，移动，探测，是顺序发生的三个独立事件。
第三，隐变量理论等同于局域实在性。
在这些假定下，当然无法理解实验。如果认可实验结果和上述假定，只能得出量子纠缠是非局域过程的结论，并存在一种鬼魅般(spooky)的相互作用。
哥本哈根的解释
如果根据非相对论量子力学的哥本哈根诠释，量子纠缠是自然的，并不存在理解困难。因为非相对论量子力学本来就假定了光速无穷大，那么信息传递当然不需要时间，光子与两端探测装置可以充分互动。非相对论量子力学本来就是全局的，或者说，非局域的。
量子都是理想波动，理想波当然都是全局的。
全局近似诠释的理解
可是我们的世界是相对论的啊。也就是，局域性原理是普适的。可是量子纠缠实验显然不满足局域性的要求。那么，哪里出问题了呢？
由于人们对一再重复的实验结论的信任，那么只能牺牲局域性原理了。也就是，量子过程是非局域的。虽然人们无法理解非局域性。
实验数据和分析当然已经经过了严格的检查，否则大家的信心就没有基础了。
究竟有没有别的可能呢？
前面说的三条基本假定，人们一般认为理所当然，天经地义，不需要讨论。然而，真的是这样吗？
我们先看第一条假定，即光子是点粒子。对于高能光子（伽马光子），光子的点粒子图像问题不大，毕竟，我们可以在云室中看到光子的运动轨迹。但在量子力学里面，并不存在点粒子，只有波粒二象性，即使对高能光子。自由粒子都是延展到全空间的平面波。第一条假定里面，是没有光子的波动性的。
对于电磁辐射，包括可见光和其它低能频段，当成电磁波是没有问题的。实验中的纠缠光子对完全可以看成电磁波，而电磁波可以有很大的相干范围，特别是激光。实验驱动光源就是激光。在光学中，激光都是用波动光学，也就是电磁波理论描述的。如果说，根据量子力学中波粒二象性的要求，可以将光子理解成点粒子，那么至少，把光理解成电磁波也没有错误啊！
如果光是电磁波，那么第一条假定就不成立了。电磁波可以在很大的范围内反馈交互，形成一些全局本征模式。
如果第一条假定不成立，那么第二条假定自然也有问题了。也就是说，实验完全可以是一个全局交互(纠缠)的电磁过程，而不是三个分立的过程。
如果实验是一个全局交互过程，那么实验是很好理解的。全局过程当然表现为全局(非局域)相关，但是我们知道，对于电磁现象来说，所有的全局模式都是通过局域过程由全局条件反馈生成的，中间的任何一个时刻和事件都不违背局域性原理。
这一图像下，两端的偏振片有反光，反光是平行偏振片的。反光加强导致整个系统中，平行两端偏振片的全局电磁模式占优。这一图像非常直观，完全满足所有的物理原理，而且与实验结果一致。
实验证明
那么，如何才能从实验上证明全局诠释的理解呢？
我们以前已经提出过多个实验方案。这里再简单介绍一下。
一个方法是保证全局交互没有足够的时间建立，因为非局域理解不需要全局交互，只需要产生纠缠光子对。这需要驱动激光的时间足够短，并且间隔足够长。这样安排不影响非局域纠缠的概念，因此实验表现应该是一样的，但是全局模式建立需要交互，建立不了全局模式就会得到左右两边独立的测量事件，从而不违反贝尔不等式。因此，只要结果不一样，就说明全局模式建立的概念是对的。
另一个办法就是保证，实验的确是三个分立的过程，至少把产生和测量两个过程进行物理隔离。
还有一个办法是，去掉系统中的长程相干性，比如用非相干光驱动级联辐射。
实验的时候需要注意，我们无法摆脱背景辐射，而背景辐射中有各种组分的电磁波。这些电磁波可能足以建立全局本征模式。我们无法割裂历史，全局模式可能一直存在。但是，不是人们刻意建立的全局模式，不一定有足够强的信号。所以实验方案仍然有效，只是要排除可能的干扰。
更多的问题
量子纠缠究竟是纠缠全局态建立过程，还是纠缠的分立粒子？
量子纠缠有没有因果？至少表述中有，然而实质上没有，实验也不能证明因果，只能证明存在相关。
量子纠缠这个词，语义准确吗？
纠缠光子实验，完全是一个光学实验。至少从光学实验的角度理解，不违背任何基本原理。一个光学实验，不能建立直观的物理图像，非常奇怪。
什么是光子？什么是量子？
原子能级和原子辐射究竟是什么？是光子产生湮灭过程，还是普通的电磁过程？
薛定谔猫与手套，禁止测量的逻辑陷阱。
叠加态的定义中的或-或(either-or)与都有(both-and)。概率论中的概率本来是或-或，只能占一样。CI对叠加态的理解是都有，即薛定谔猫态。
从第一节的论证中我们知道，既然贝尔实验证明了，量子态是测量的时候确定的，而不是提前确定的（局域实在性），那么当然薛定谔猫就是玻尔说的叠加态，即既死又活态。贝儿实验也顺便证明了，薛定谔坚持的只能是提前确定的死或者活态，错了。可是如果进一步的实验证明了，全局诠释的理解才是对的，那么也就反过来证明了，至少对于猫这样的宏观物体，玻尔错了，薛定谔和爱因斯坦对了。
哥本哈根诠释的测量是取样测量，全局诠释的测量是相互作用测量。
这些问题，有的我已经讨论过，有的还没有。不过全局诠释完全可以提供一个符合直觉和逻辑，以及基本物理原理的解释。
原文：https://blog.sciencenet.cn/blog-268546-1359243.html
Re: 为什么人们无法理解量子纠缠
一句话：把光当成电磁波，“纠缠”只是一种测量装置介入的全局波动模式。
偏振片有反光，反光平行偏振片。反光导致整个系统中平行两端偏振片的全局电磁模式占优。
要说清楚就要长。
偏振片有反光，反光平行偏振片。反光导致整个系统中平行两端偏振片的全局电磁模式占优。
要说清楚就要长。
x1
Re: 为什么人们无法理解量子纠缠
每种测量的具体方案是不一样的，但是都有相互作用，也就是相互影响，可以改变原有系统的状态。哥本哈根的测量只是统计采样，没有考虑相互作用，影响仅限于坍缩到某一原有的本征态。
Re: 为什么人们无法理解量子纠缠
我不是太懂，但是看起来有关系啊
from wiki
In quantum mechanics, superdeterminism is a loophole in Bell's theorem. By postulating that all systems being measured are correlated with the choices of which measurements to make on them, the assumptions of the theorem are no longer fulfilled.
Re: 为什么人们无法理解量子纠缠
那是认为量子纠缠合法且普遍的基础上。superdeterminism也可以意味着宇宙爆炸后的一刻（假定大爆炸理论正确），所有的演化都确定了。
xloud 写了： 2022年 10月 14日 21:30 我不是太懂，但是看起来有关系啊
from wiki
In quantum mechanics, superdeterminism is a loophole in Bell's theorem. By postulating that all systems being measured are correlated with the choices of which measurements to make on them, the assumptions of the theorem are no longer fulfilled.
Re: 为什么人们无法理解量子纠缠
真相可能很简单，就是同一个量子在不同的地方被观测而已，与量子本身在哪里没有必然联系。
leiya 写了： 2022年 10月 14日 20:19 ……
上面是一段沉默
无法理解的量子纠缠
关于量子纠缠的研究，或者用专业一点的说法，违反贝尔不等式的实验证明，获得了2022年度的诺贝尔物理学奖。但是，对于量子纠缠，几乎所有的专业人士都公开表示，自己无法理解，不知道发生了什么。因为量子纠缠是非局域的，违反了局域性原理，而局域性原理是相对论要求的。没有一个专业人士敢说出那句话。
提出贝尔不等式的约翰·贝尔本人，本来认为，实验结果会支持爱因斯坦坚持的局域实在性，因为局域性是相对论要求的，而实在性是唯物观的基石。人们认为，局域实在性对应隐变量理论。隐变量理论是指，虽然我们不知道具体的量子态是什么，但是量子态仍然是确定的。
当然，后来的实验结果违反了贝尔不等式，即与隐变量理论矛盾。因此，人们认为贝尔实验否定了局域实在性，也就是“证明了爱因斯坦错了”。实验并不能否定实在性，但是却否定了局域性。这就是“量子非局域性”的由来。
贝尔本人对实验结果困惑不已，几近崩溃。
量子纠缠，或者量子非局域性究竟是什么意思？一般的公开表述是：“两个互相纠缠的粒子，无论相隔多远，哪怕是一亿光年，无论中间有什么阻隔，只要碰了(测量)其中一个，另一个立刻同时改变自己的状态，以保持与纠缠粒子的相关要求，比如互相平行，自旋相反，等等。”
那么是不是本来两个粒子已经确定了，并且保持了需要的关系呢？比如一双手套放在两个盒子里，但是不知道每个盒子放的是哪只手套。无论两个盒子相距多远，只要打开其中一个，就马上知道另一个盒子里装的是哪一只呢？按照一般的认识，这个手套比喻对应的是隐变量理论，即，虽然我们不知道哪个盒子装的是哪只手套，但是每个盒子里面手套的左右一定是确定的。但是如果按照玻尔对薛定谔猫的理解，也就是认为，每个盒子里的手套是左右两只手套的叠加态(both-and)，而不是明确的或左或右(either-or)，那么这个比喻就是量子纠缠了，因为每个盒子中的手套状态已经是量子叠加态，而两个盒子中的状态必须互补。对其中任何一个盒子的测量，会导致另一个盒子里手套状态瞬时确定。
同一件事情，用不同的方式来理解，就会带来本质的差别。一个是局域实在论的隐变量情形，一个是非局域纠缠情形。那么哪种理解才是对的呢？对于手套例子，本来是不需要争论的，一般人都会认同隐变量概念。但是如果坚持认为就是薛定谔猫情形，认同隐变量理论的人也没有充分的理由反驳，就像薛定谔和玻尔各说各话一样。
贝尔的贡献在于，他提出了一种实验方法，也就是贝尔不等式，能够通过实验，区别上面两种理解，并判定哪种理解更符合实验。那么，
贝尔实验究竟证明了什么？
关于贝尔不等式及其推广、以及贝尔实验的介绍很多，感兴趣的读者可以自行搜索参考。要注意的是，贝尔不等式的数学推导和物理图像都不直观，一般人很难理解。即使物理专业人士，好不容易理解了的人，或者感觉自己理解了的人，有相当的自信相信：别人，特别是反对的人，没有理解贝尔不等式及其物理意义。虽然没人敢说，自己知道量子纠缠是怎么回事。
我们从容易理解的物理图像方式解释贝尔实验。
贝尔不等式找到了一种判定纠缠粒子之间是否存在额外关联的方法。按照一般的理解（即局域实在性），粒子的状态虽然关联，但是状态已经确定了，即一般意义理解的手套比喻。对于关联粒子来说，比如光子的偏振性，两个光子的偏振方向必须相同（或者相反，对于线偏振，必须平行），而电子或正负电子对，一般是自旋相反。这种关联是开始就确定了，然后不变，还是测量那一刻才确定，在统计上会产生一些差别，大量重复实验，就可以明确是否存在这一差别。违反了贝尔不等式，就证明粒子间的关联，或者说状态，是测量的时候确定的，而不是产生粒子对的时候确定的。由于对两个粒子的分别测量可以相距很远，两次测量之间不可能有信号联系，因此两次测量应该是独立的。如果对两个相距很远粒子对分别测量的确是独立的，那么统计上就会满足贝尔不等式，也就是局域实在性的要求。如果两次测量不独立，就会存在额外的关联，测量数据统计就会违反贝尔不等式。
我们也从相同的角度，解释第一个被认为证明违反了贝尔不等式的实验，也就是这次诺贝尔物理学奖获得者，Aspect的实验。为了理解Aspect的实验，我们先介绍基础的光子偏振和偏振分解概念。
线偏振的光子，可以理解为一列横波，有一个垂直于传播方向的振动。如果偏振片缝的方向正好平行于振动方向，光就可以穿过偏振片；如果垂直，光就过不去。但如果二者成一个角度，那么就应该把振动方向沿平行和垂直于偏振片缝的方向做正交分解，垂直的分量会被挡住，平行的分量会穿过偏振片（从这个角度来说，光应该是波，否则它的振动和分解都难以理解）。
如果用两片偏振方向相互垂直的偏振片，将挡住所有的光。因为通过第一片的光只有垂直第二片的分量，而被第二片全部挡住。如果在这两片之间再放一片任意角度的偏振片(不平行于原来的任何一片)，那么反而会有光透过这一三片组合。因为第二片没有垂直于第一片，所以经过第一片的光平行于第二片的分量会透过第二片。同样，透过第二片的光也不垂直于第三片，平行分量会通过第三片。
了解的光的偏振和偏振片的性质后，我们再来看Aspect的实验（纠缠光子对实验）。
中间放一个产生纠缠光子的装置，即钙40原子的级联辐射（至于为什么是一对纠缠光子？如何理解该对纠缠光子？如何理解原子能级？是另一个需要讨论的问题。这里先接受纠缠光子对的说法）。
两边放上一对可以调节方向的偏振片和记录装置。
实验有详细的数据和分析，这里略去，我们只讨论到底发生了什么。
实验结果表明，光子对的方向不是在发出的时候确定的（隐变量情形），而是一边的探测影响决定了另一边光子的偏振方向。或者说，测量左边光子偏振方向的时候，似乎这个光子知道右边也在被测量，并且选择了（或者说，坍缩到）右边光子的偏振方向。或者反过来，左边光子知道右边光子被测量了，选择了右边光子的偏振方向。Aspect原始的实验左右两边距离只有6米，所以人们认为论证并不严格。但是后来的距离越来越远，人们相信上述事实的确被实验证明了。
这一实验结果也可以表述为：纠缠光子对产生的时候，知道要被探测了，只产生、或主要产生平行于某一偏振片的光子对。
由于光子计数发生在偏振片之后，因此，记录下的光子一定是平行于该偏振片的。如果原始光子偏振方向并没有平行于该偏振片，那么哥本哈根诠释是，该光子有一定机会通过偏振片，通过概率由二者之间的夹角决定。但通过之后，偏振方向一定平行于偏振片。
由于光子计数只记录了通过后的光子，如果两端都没有通过，是不会记录的。这是一个系统误差，可能导致幸存者偏差。
这一结果与双缝干涉实验是类似的。粒子似乎事先知道自己要被探测，因此干涉条纹消失。
为什么无法理解？
由于两端探测器可以距离中间的光子对发生器很远，两边都探测又是同时发生的，二者之间不可能交换信息，因此无法理解。
光子产生的时候不应该知道偏振片的角度，一端的探测也不应该知道另一端发生了什么。
对这一实验过程的解读存在一些基本假定：
第一，光子是以光速运动的点粒子，或者局域的一团东西，影响范围很小。
第二，光子产生，移动，探测，是顺序发生的三个独立事件。
第三，隐变量理论等同于局域实在性。
在这些假定下，当然无法理解实验。如果认可实验结果和上述假定，只能得出量子纠缠是非局域过程的结论，并存在一种鬼魅般(spooky)的相互作用。
哥本哈根的解释
如果根据非相对论量子力学的哥本哈根诠释，量子纠缠是自然的，并不存在理解困难。因为非相对论量子力学本来就假定了光速无穷大，那么信息传递当然不需要时间，光子与两端探测装置可以充分互动。非相对论量子力学本来就是全局的，或者说，非局域的。
量子都是理想波动，理想波当然都是全局的。
全局近似诠释的理解
可是我们的世界是相对论的啊。也就是，局域性原理是普适的。可是量子纠缠实验显然不满足局域性的要求。那么，哪里出问题了呢？
由于人们对一再重复的实验结论的信任，那么只能牺牲局域性原理了。也就是，量子过程是非局域的。虽然人们无法理解非局域性。
实验数据和分析当然已经经过了严格的检查，否则大家的信心就没有基础了。
究竟有没有别的可能呢？
前面说的三条基本假定，人们一般认为理所当然，天经地义，不需要讨论。然而，真的是这样吗？
我们先看第一条假定，即光子是点粒子。对于高能光子（伽马光子），光子的点粒子图像问题不大，毕竟，我们可以在云室中看到光子的运动轨迹。但在量子力学里面，并不存在点粒子，只有波粒二象性，即使对高能光子。自由粒子都是延展到全空间的平面波。第一条假定里面，是没有光子的波动性的。
对于电磁辐射，包括可见光和其它低能频段，当成电磁波是没有问题的。实验中的纠缠光子对完全可以看成电磁波，而电磁波可以有很大的相干范围，特别是激光。实验驱动光源就是激光。在光学中，激光都是用波动光学，也就是电磁波理论描述的。如果说，根据量子力学中波粒二象性的要求，可以将光子理解成点粒子，那么至少，把光理解成电磁波也没有错误啊！
如果光是电磁波，那么第一条假定就不成立了。电磁波可以在很大的范围内反馈交互，形成一些全局本征模式。
如果第一条假定不成立，那么第二条假定自然也有问题了。也就是说，实验完全可以是一个全局交互(纠缠)的电磁过程，而不是三个分立的过程。
如果实验是一个全局交互过程，那么实验是很好理解的。全局过程当然表现为全局(非局域)相关，但是我们知道，对于电磁现象来说，所有的全局模式都是通过局域过程由全局条件反馈生成的，中间的任何一个时刻和事件都不违背局域性原理。
这一图像下，两端的偏振片有反光，反光是平行偏振片的。反光加强导致整个系统中，平行两端偏振片的全局电磁模式占优。这一图像非常直观，完全满足所有的物理原理，而且与实验结果一致。
实验证明
那么，如何才能从实验上证明全局诠释的理解呢？
我们以前已经提出过多个实验方案。这里再简单介绍一下。
一个方法是保证全局交互没有足够的时间建立，因为非局域理解不需要全局交互，只需要产生纠缠光子对。这需要驱动激光的时间足够短，并且间隔足够长。这样安排不影响非局域纠缠的概念，因此实验表现应该是一样的，但是全局模式建立需要交互，建立不了全局模式就会得到左右两边独立的测量事件，从而不违反贝尔不等式。因此，只要结果不一样，就说明全局模式建立的概念是对的。
另一个办法就是保证，实验的确是三个分立的过程，至少把产生和测量两个过程进行物理隔离。
还有一个办法是，去掉系统中的长程相干性，比如用非相干光驱动级联辐射。
实验的时候需要注意，我们无法摆脱背景辐射，而背景辐射中有各种组分的电磁波。这些电磁波可能足以建立全局本征模式。我们无法割裂历史，全局模式可能一直存在。但是，不是人们刻意建立的全局模式，不一定有足够强的信号。所以实验方案仍然有效，只是要排除可能的干扰。
更多的问题
量子纠缠究竟是纠缠全局态建立过程，还是纠缠的分立粒子？
量子纠缠有没有因果？至少表述中有，然而实质上没有，实验也不能证明因果，只能证明存在相关。
量子纠缠这个词，语义准确吗？
纠缠光子实验，完全是一个光学实验。至少从光学实验的角度理解，不违背任何基本原理。一个光学实验，不能建立直观的物理图像，非常奇怪。
什么是光子？什么是量子？
原子能级和原子辐射究竟是什么？是光子产生湮灭过程，还是普通的电磁过程？
薛定谔猫与手套，禁止测量的逻辑陷阱。
叠加态的定义中的或-或(either-or)与都有(both-and)。概率论中的概率本来是或-或，只能占一样。CI对叠加态的理解是都有，即薛定谔猫态。
从第一节的论证中我们知道，既然贝尔实验证明了，量子态是测量的时候确定的，而不是提前确定的（局域实在性），那么当然薛定谔猫就是玻尔说的叠加态，即既死又活态。贝儿实验也顺便证明了，薛定谔坚持的只能是提前确定的死或者活态，错了。可是如果进一步的实验证明了，全局诠释的理解才是对的，那么也就反过来证明了，至少对于猫这样的宏观物体，玻尔错了，薛定谔和爱因斯坦对了。
哥本哈根诠释的测量是取样测量，全局诠释的测量是相互作用测量。
这些问题，有的我已经讨论过，有的还没有。不过全局诠释完全可以提供一个符合直觉和逻辑，以及基本物理原理的解释。
原文：https://blog.sciencenet.cn/blog-268546-1359243.html
Re: 为什么人们无法理解量子纠缠
那世上有没有单光子？leiya 写了： 2022年 10月 14日 21:18 一句话：把光当成电磁波，“纠缠”只是一种测量装置介入的全局波动模式。
偏振片有反光，反光平行偏振片。反光导致整个系统中平行两端偏振片的全局电磁模式占优。
要说清楚就要长。
Re: 为什么人们无法理解量子纠缠
看了半天，给你总结大白话，说的不是你意思麻烦指正下
你意思是，量子理论和相对论在你这统一到超光速+全局变量，超光速存在，就是全局实在且有因果关系，是这意思吧。这得先从推翻相对论开始，而且这个假设很多年前就提出过了，不成立。版上学物理的该出来说几句吧
你意思是，量子理论和相对论在你这统一到超光速+全局变量，超光速存在，就是全局实在且有因果关系，是这意思吧。这得先从推翻相对论开始，而且这个假设很多年前就提出过了，不成立。版上学物理的该出来说几句吧
Re: 为什么人们无法理解量子纠缠
这里的核心问题是：
能否在分发一对纠缠的量子之后人为单独改变其中一个的状态，而不是仅仅观察其中一个的状态。如果不能，不管结果如何，那就与手套模型没有区别，仅仅是一种对现象的解释而已。本质上与黄帝内经也没啥区别。
能否在分发一对纠缠的量子之后人为单独改变其中一个的状态，而不是仅仅观察其中一个的状态。如果不能，不管结果如何，那就与手套模型没有区别，仅仅是一种对现象的解释而已。本质上与黄帝内经也没啥区别。