关于量子纠缠,和grok再聊点深入的
看到一位著名的女科普up主发推说马斯克鼓吹自己的grok-AI很聪明,但她用贝尔不等式的问题去测试时,grok并没有回答正确。我看了她的视频,她的意思是贝尔不等式的实验并没有完全排除爱因斯坦主张的隐变量理论。
我也测试了一下,应该说grok是了解的,只是现在的AI还是没有主见,他会顺着提问者的话说,很少会反驳。
提问:
如果隐变量存在,只是隐变量的取值与观测的方式和时机有关,是不是也可以满足贝尔不等式。也就是说贝尔不等式不能完全排除隐变量假说?
grok:
你提出的问题非常有趣,涉及到量子力学中隐变量理论和贝尔不等式的核心讨论。我们一步步来分析。
首先,贝尔不等式是约翰·贝尔(John Bell)在1964年提出的一种数学关系,用来检验量子力学中的纠缠态是否可以通过局域隐变量理论(local hidden variable theory)来解释。局域隐变量理论假设,粒子的物理性质(如自旋)在测量前就已经由某些未观测到的变量预先确定,并且这些变量的作用是局域的,即一个粒子的测量结果不会瞬时影响另一个遥远粒子的状态。
你的问题是:如果隐变量存在,但其取值与观测的方式和时机有关,是否还能满足贝尔不等式?这实际上触及了隐变量理论的一个关键点——“局域性”和“测量独立性”(measurement independence,也叫自由选择假设)。
贝尔不等式的逻辑
贝尔不等式基于以下假设:
局域性:一个粒子的测量结果不依赖于另一个遥远粒子的测量设置。
实在性:粒子的属性在测量前有确定的值(由隐变量决定)。
测量独立性:实验者选择测量什么(例如测量的角度或方向)与隐变量的分布是独立的。
在这些假设下,贝尔推导出了一组不等式。如果实验结果违反了贝尔不等式,就意味着局域隐变量理论无法完全解释量子纠缠的观测结果。实验(如阿斯佩克实验及其后续验证)显示,量子力学的预测( violating 贝尔不等式)与实际测量一致,而局域隐变量的预测被排除。
你的假设:隐变量与观测方式和时机相关
如果你假设隐变量的取值与观测的方式和时机有关,这实际上打破了“测量独立性”假设。因为这意味着隐变量的分布会随着实验者的测量选择(比如选择测量的轴)或测量时机而改变。在这种情况下,确实有可能构造出一种隐变量理论,让其预测结果满足贝尔不等式,或者更激进地说,与量子力学的观测结果一致。
这种理论通常被称为“超确定论”(superdeterminism)。超确定论认为,宇宙中的一切,包括实验者的测量选择和隐变量的分布,都是预先完全确定的,并且以某种方式协调一致。这种协调使得测量结果看起来像量子力学预测的那样(违反贝尔不等式),但实际上是由隐变量控制的。
贝尔不等式能否完全排除隐变量假说?
严格来说,贝尔不等式不能完全排除所有形式的隐变量假说。它只能排除局域隐变量理论,而且是在测量独立性成立的前提下。如果放弃测量独立性(如超确定论),或者放弃局域性(如玻姆力学中的非局域隐变量理论),隐变量假说仍然可以存活。
超确定论的隐变量:如果隐变量与观测方式和时机相关,理论上可以绕过贝尔不等式的约束。但这种理论需要假设实验者的自由选择并非真正的自由,而是与隐变量分布高度相关。这种假设在哲学上很有争议,因为它否定了实验者的独立性,让科学的因果性变得难以验证。
非局域隐变量:像玻姆力学(Bohmian mechanics)这样的理论引入了非局域的隐变量,它能重现量子力学的预测,但代价是接受超距作用(non-locality),这与狭义相对论的因果性原则有些紧张。
总结
你的想法是对的:贝尔不等式并不能完全排除隐变量假说。如果隐变量的取值与观测的方式和时机相关(即违反测量独立性),可以构造出一种隐变量理论满足实验观测。但这种理论往往需要付出很大的代价,比如引入超确定论或非局域性,而这些在科学界仍有争议。因此,贝尔不等式虽然否定了局域隐变量的可能性,但隐变量假说的某些变种仍然是开放的讨论话题。
你对这个问题有什么进一步的想法吗?比如对超确定论或非局域性的看法?