大家好，我是 Senko。 本文将解读“EPR 悖论”。
把两个粒子建立量子关联，一个送到东京，另一个送到纽约。观测东京粒子的那一瞬间，纽约粒子的状态也随即确定——与距离无关，也不受光速限制。爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用（spooky action at a distance）”并强烈反对。
什么是 EPR 悖论
它源自 1935 年爱因斯坦、波多尔斯基、罗森三位物理学家在《Physical Review》上发表的论文《量子力学对物理实在的描述可以被认为是完备的吗？》（EPR 是三人姓氏的首字母）。正如标题所示，论文的目的是证明量子力学不完备。
在量子力学中，两个粒子处于“量子纠缠”态时，无论相距多远都彼此关联。
例如，两个电子的自旋（旋转方向）处于纠缠态。此时，若一方自旋朝上，另一方必然朝下。但量子力学主张：在观测之前，哪一方朝上并未确定。
在东京观测其中一个粒子、得知它“朝上”的那一瞬间，纽约粒子的自旋便确定为“朝下”。这个确定瞬间完成，看起来不受光速的限制。
爱因斯坦的反驳
爱因斯坦主张量子力学的这幅图景不对劲。他的反驳基于两条原则。
局域性原理：某处发生的事件，不可能以超光速影响远处。
实在论：物理量在被观测之前就拥有确定的值。
爱因斯坦认为，仅仅观测东京的粒子就能瞬间改变纽约粒子的状态，这违反局域性原理。
于是他主张：粒子的自旋从一开始就定好了，而不是由观测决定的。就像把一双手套左右各放进一个箱子，打开一个箱子发现是左手，就知道另一个是右手——如此而已。
也就是说，量子力学是不完备的，背后一定有尚未发现的“隐变量”——这是爱因斯坦的立场。
概括他的主张，就是一段三段论：“若量子力学正确，局域性就被打破。局域性应该是对的，所以量子力学不完备。”当时物理学界大多支持以尼尔斯·玻尔为中心的哥本哈根诠释，爱因斯坦的批判属于少数派。玻尔随即发表反驳，指出 EPR 对“物理实在”的定义本身有问题。
此后 30 年，这场论战一直被视为“无法解决的哲学问题”。转机出现在 1964 年。
贝尔定理与实验
1964 年，爱尔兰物理学家约翰·贝尔证明了一条划时代的定理：如果“隐变量”存在，某类实验结果就必须满足特定的不等式（贝尔不等式）。
1972 年，约翰·克劳泽与斯图尔特·弗里德曼进行了首次实验，显示出贝尔不等式被破坏的迹象。1982 年，阿兰·阿斯佩完成了更严格的实验，确认贝尔不等式确实被破坏。1998 年，安东·蔡林格又堵上了剩余的漏洞（loophole），结果盖棺定论。
也就是说，爱因斯坦所期待的“局域隐变量”被实验证明不存在。自然界必须放弃局域性和实在论中的至少一个——一个惊人的结论。
2022 年，阿斯佩、克劳泽、蔡林格三人因这些实验贡献荣获诺贝尔物理学奖。距 EPR 提出 87 年、距贝尔定理 58 年，这个悖论从哲学问题蜕变为实验科学的凯旋。
无法实现超光速通信
既然量子纠缠能瞬间传递关联，是不是就能实现超光速通信？——很遗憾，不能。
东京的观测者得到的只是“朝上还是朝下”的随机结果，无法控制结果来发送讯息。纽约的观测者看自己的粒子也只是一串随机结果，在通过传统通信手段收到消息之前，根本不知道东京发生了什么。
量子纠缠能瞬间建立“关联”，却不能瞬间传送“信息”。正是这个微妙而关键的区别，维系了它与相对论的相容。
量子信息技术的应用
EPR 悖论揭示的量子纠缠性质，如今已成为革新技术的基石。
“量子加密通信”利用量子纠缠实现理论上无法破译的通信。中国在 2017 年利用“墨子号”卫星，成功完成了相距 1200 公里两地间的量子加密通信实验。
“量子隐形传态”则利用量子纠缠把粒子的量子态传送到别处。虽然不是物质本身的瞬间移动，但它被认为是量子计算机联网不可或缺的技术。
被爱因斯坦称为“幽灵”的现象，如今却支撑着 21 世纪的尖端技术——一个颇具讽刺意味的走向。
量子力学的相关悖论
以下是与 EPR 悖论同样涉及量子观测问题与叠加态的相关悖论。
结语
本文解读了“EPR 悖论”。
爱因斯坦为批判“量子力学不完备”而提出的这个悖论，讽刺的是，反而成了证明量子力学正确性的契机。自然界的根基，似乎运转在远比我们常识更不可思议的机制之上。
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