百老匯的“幽靈行動”:布萊恩·格林的量子戲劇

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布萊恩·格林NOVA節目的粉絲,例如《宇宙的構造》,無疑會喜歡這場長達90分鐘的現場節目。啟動於週三晚在紐約市舉行的2013年世界科學節,演出“幽靈行動:量子力學戲劇” 提供了一場引人入勝且發人深省的量子力學奇異現實之旅。

格林擔任主持人和旁白,他還得到了舞臺劇演員的幫助,他們朗誦了物理學歷史上著名(和臭名昭著)的臺詞,例如阿爾伯特·愛因斯坦說上帝不會擲骰子,尼爾斯·玻爾回應說愛因斯坦不應該告訴上帝該怎麼做,而維爾納·海森堡則說埃爾溫·薛定諤的波動方程是胡說八道(至少這是他在舞臺上德語翻譯成英語的方式)。

在一位普林斯頓大學同事的幫助下,格林還在舞臺上進行了一項雙縫實驗,其中穿過兩條緊密間隔的狹縫的粒子隨著時間的推移形成了經典的明暗波浪干涉圖案。但晚上大部分時間都集中在愛因斯坦和玻爾在1930年索爾維會議上著名的辯論所帶來的智力緊張關係上。


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儘管熟悉量子物理學怪異之處的人可能會對遺漏的細節感到失望——例如,格林輕描淡寫地略過了愛因斯坦的“盒子實驗”的解決方案,該實驗表面上似乎違背了不確定性原理——但總的來說,他在解釋來龍去脈方面做得非常出色。他特別值得稱讚的是他處理了貝爾定理,他說 NOVA 的製片人不想讓它出現在他的構造系列中,他們覺得觀眾會轉去看頂級大廚

貝爾定理是一個關鍵思想,它使物理學家能夠確定量子力學是否確實從根本上是機率性的,正如玻爾堅持的那樣,或者量子力學中的機率是否僅僅反映了我們對系統缺乏瞭解,正如愛因斯坦所爭論的那樣。特別是,貝爾解決了愛因斯坦-波多爾斯基-羅森悖論,這是一個思想實驗,其中兩個糾纏粒子向相反方向移動,它們的自旋分別被檢測為向上或向下。測量一個探測器處粒子的自旋是否會瞬時設定第二個探測器處粒子的自旋狀態,或者它們的自旋是否像一副手套的左右手一樣先前已設定好,但對我們隱藏了?

在格林對貝爾定理的描述中,每個探測器也可以沿三個不同的軸測量自旋,但觀察者一次只能設定每個探測器來記錄其中一個軸(因此可以根據其相對於該軸的角度來確定自旋)。由於每個探測器都為自旋向上或向下測量提供了三種選擇,因此自旋(向上或向下)總共有九種(3 x 3)不同的結果。如果粒子像愛因斯坦認為的那樣是成對手套,那麼平均而言,每 9 次測量中至少有 5 次,一個探測器將記錄“向上”,另一個探測器將記錄“向下”。多年後的真實實驗表明,這個數字小於 5/9——事實上,他們表明探測器記錄到相反自旋的機率為 50%,這表明量子力學確實從根本上是機率性的。

量子力學是一種被接受的理論,但這並不意味著關於其解釋的理論已經確定。早在 1994 年,我就編輯了一篇大衛·Z·阿爾伯特的文章,內容是關於大衛·玻姆的另一種觀點。《封面》是薛定諤貓的再現,量子力學表明(在一個理想實驗中),薛定諤貓處於既生又死的疊加態,直到被觀察到。(順便說一句,照片拍攝中的那隻貓,扮演了舊版週六夜現場小品中的駕駛貓 Toonces。)

物理學家和哲學家仍在思考量子怪異現象的真正含義——畢竟,為什麼像貓這樣的大物體不像它們組成的量子粒子那樣表現?我們該如何理解量子力學最直接的數學解釋,即“多世界”的想法,即每次測量都會將宇宙分裂成不同的現實?當我看到格林剖析這些難題時,我不禁想到我們是多麼幸運能夠生活在這個奇異而美妙的現實中。

我的同事喬治·穆瑟和約翰·馬特森去年製作了一個很棒的影片,總結了量子糾纏和貝爾定理的難題

“幽靈行動:量子力學戲劇”將於週四和週五晚上 8 點在新勝利劇院重演,門票已售罄,但演出開始前 30 分鐘可在門口購買數量有限的門票。您還可以檢視週三演出的影片亮點

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