在前面贝尔不等式的分析中,我们构造了两个联合概率函数:

局域性的情况,

\(P(a,b)=\displaystyle \int f(\lambda, a)g(\lambda, b) d\lambda\)

有 \(|P(a,b)| \le 2 \)

非局域性的情况,

\(P’(a,b)=\displaystyle \int f(\lambda, a)g(\lambda, a, b) d\lambda\)

有 \(|P’(a,b)| \le 4 \)

目前量子力学里认为,

测试第一个粒子,以条件a测试,则测试后第二个粒子会马上做出反应,变成和条件a垂直,是马上变化,和距离、时间无关

如果存在一个隐变量,就出现上面局域性的函数P,可以证明P的绝对值小于等于2,第二个粒子的测量,与a无关。

但这个过程,忽略了一个方面,就是可能a就是那个隐变量,a就是两个粒子都相关的初始化条件,虽然a变来变去。

如果假设\(\lambda\)和a都是两个粒子的隐变量,它们的测量结果,由初始化参数\(\lambda\)和a共同决定,即存在一种作用,包括参数\(\lambda\),a,我们称其为\(\psi(\lambda,a)\),两个粒子的测量结果由\(\lambda\)和a共同决定并且是唯一决定,那么上面的联合概率函数就变成了

\(P(a,b)=\displaystyle \int f(\psi(\lambda, a))g(\psi(\lambda+\frac{\pi}{2}+c,a), b)) d\lambda\)

c是随机常数,上面的等式,对任意a,c成立。

此时就是一个非局域性概率函数。

上面的式子的测量含义,我们可以这样理解,

对第一个粒子的测量结果,由\((\lambda,a)\)决定,

对第二个粒子的测量结果,由\((\lambda+c,a,b)\)决定,

c是任意常数,表示粒子偏振方向随机变化,但这显然可能有问题,所以我们目前假设c=0,即粒子在生成以后,偏振方向就不变,或者两个光子的偏振方向关系保持不变,这在纠缠光子的实验中确实是这样的。

在量子情况下,粒子要么通过,要么不通过,没有通过半个粒子的情况,

所以,上面的测量解释就是:

如果在角度a测量第一个粒子,如果它通过了,那么第二个粒子在角度a下,必然不通过。在角度b通过的概率,就是要基于a,是与a相关的,这是偏振测量里第二个粒子概率与(b-a)相关的原因。

所以,上面的解释简化为一点:

纠缠的两个粒子,在任意角度下,只能通过一个粒子。

即\(f(\lambda,a)\)只能为+1或-1,而且第二个粒子在b=a时,\(g(\lambda,a,b)\)的值对应着-1和+1,和f完全相反,也就是f是+1时,g必须是-1, f是-1时,g必须是+1。

在非纠缠时,两个偏振垂直的光子,f的值也是+1或-1,g的值也是+1或-1,但g的值与a无关,即使b=a,f为+1时,g的值可能是-1也可能是+1,与f的值无关。

这和概率波的解释是等价的,粒子测量后出现某种结果的概率是固定的。

问题的核心,应该还是和马吕斯定律有关。马吕斯定律是经典的,而在单量子的情况下,它仍然适应,但背后机理已经完全不同。经典情况下,使用了电场的投影来解释它,但在单量子情况下,是不使用的。单量子要么完全通过偏振片,要么不通过偏振片,即使是角度接近90度,水平方向的电场分量极小的情况下,它也有可能通过,最终大量光子的统计结果与马吕斯定律相同。

所以,关键是要找出量子情况下的马吕斯定律,在测量角度确定,而还有一个参数比如相位也确定的时候,对固定的偏振片参数,我们可以计算出这个光子是否通过偏振片。

这显然涉及到光子和电子的相互作用机制,其中还有一个我们没发现的参数,它导致了整个量子力学的随机性,概率解释。尝试寻找这个参数和其动力学模型,在这个参数和测量角度确认的情况下,我们能计算出光子是否通过,而不是只知道测量大量光子的概率。

扩展前面的\(\psi\)函数,引入一个未知隐变量x,

\(\psi(\lambda,a,x)\),

\(P(a,b)=\displaystyle \int f(\psi(\lambda, a, x))g(\psi(\lambda+\frac{\pi}{2},a,x), b)) d\lambda\)

表示在确切知道\(\lambda,a,x\)时,就掌握了光子的所有状态信息,和测量无关。

这就把量子纠缠的测量后的概率问题,转变为了两个量子的初始值和作用机制上