为知道释量子奇怪的特质，波尔开创性的提出了“不确定性原理”，然而爱因斯坦极不喜欢这个理论。为了反驳玻尔的不确定性原理，爱因斯坦冥思苦想了不少年，终于在 1935 年 5 月和另外两位科学家一块，想出了一个可以驳倒玻尔的思想实验，这就是大名鼎鼎的“EPR 实验”。

这到底是一个哪种实验呢？要想了解它，先要知道点前置常识。第一，科学家们通过实验发现电子有“自旋”的特质（但请注意，所谓“自旋”，并非说电子真的在像陀螺一样旋转，这只不过量子力学中的一个属性），而且电子的自旋还有一种特别奇怪的地方：只有两个自由度。譬如说，假如大家从电子的上方察看电子，那样电子要么是自旋朝上的，要么是自旋朝下的。但，假如大家改为从侧面去察看电子，电子就变成了要么是自旋朝左，要么是自旋朝右的。

接下去，物理学家又创造了一个装置，称为偏振器，它可以对电子进行筛选，譬如，只允许自旋朝上的电子通过，或者只允许自旋朝左的电子通过。当科学家们借助偏振器对电子做实验时，出现了一个让人无比诧异的结果：

第一，大家让一个电子飞向这个偏振器，假如通过去了，说明这个电子是自旋朝上的。然后，在这个偏振器后面再放一个同样的偏振器，此时，电子 100% 通过了下一个同样的偏振器，这完全符合大家的预期。假如大家把第二个偏振器换成一个向右的偏振器，电子有50% 的概率能通过 2 号偏振器（由于自旋朝上的电子有一半是自旋朝左，有一半是自旋朝右）。实验做 100 次，大约飞过去 50 个，次数越多，就越准确。

下面，大家就要见证让人感到无比怪异的重点实验了。大家在后面再放一个向上的 3 号偏振器。根据正常逻辑，这个电子应该百分之一百地通过 3 号偏振器，但让物理学家们暴跌眼镜的是，实验的结果是，这个电子仍然只有 50% 的概率通过 3 号偏振器，尽管 3 号和 1 号都是上偏振器。

这意味着：不可能在两个不一样的方向同时测准电子的自旋态！

看到如此的实验结果啊，以玻尔为首的哥本哈根学派高兴坏了。玻尔觉得，这是电子不确定性原理的最好证据，电子本身没有确定的自旋态。在测量之前，电子处在所有自旋态的叠加状况，去追问到底是什么态，对不起，这个问题没意义！

就是在这种背景下，爱因斯坦提出了 EPR 实验：

第一，大家在实验室中制备一对总自旋为零的电子对（这在理论上是大概达成的，只不过当时在技术上还办不到）。

然后，大家让这一对电子分开，蓝电子朝左侧飞，红电子朝右侧飞，让他们离别得足够远，譬如说一个飞到上海，一个飞到北京。大家在北京和上海各放一个偏振器，目前，假设两个电子都通过了偏振器，假设红电子是自旋朝上的，由于总自旋为零，由此可知蓝电子必是自旋朝下的。假设蓝电子通过了右偏振器，即蓝电子是自旋朝右的，那样红电子势必是自旋朝左的。如此一来，大家就确定了红蓝电子在两个方向上的自旋态了。

可见，不是电子有哪些神奇的叠加态，不确定性原理本质上就是由于测量行为干扰了电子的自旋态，只须大家不去测量，它们的自旋态还是确定的！

这个大招太厉害了！让人感觉无懈可击。1935 年，整个物理学界都在关注这个 EPR 实验。当然，玻尔也不会坐以待毙，他在后来反击道：EPR 实验中有一个重点性的假设是不对的，那就是——测量红电子的行为不会干扰蓝电子，测量蓝电子不会干扰红电子。但事实上，红蓝电子处于一种神奇的量子纠缠态中，不论他们离得有多远，只须对其中一个进行测量，立即就会影响另外一个。

这就是著名的 EPR 实验之争。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

出品：中国科协科普部

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