[科普中國]-定域性原理

在物理學中，定域性原理（英語：Principle of locality），又稱局域性原理、區(qū)域性原則，認為一個特定物體，只能被它周圍的力量影響。包涵了定域性原理的物理學理論，被稱為是一個定域理論。根據(jù)經典物理學的場論的看法，某一點的行動，影響到另一點，在中間的空間，例如場，會成為運動的中介。要對另一個點造成影響，一個波或是粒子，必須先行經兩點中間的空間，之后才能造成影響。

背景在狹義相對論1限制了所有這些影響可以到速度光速c。因此，定域性原理意味著某一點的事件不能在另一點引起同時發(fā)生的結果。點的事件 A在一點上不會導致結果 B 在不到的時間 ，在哪里D是點之間的距離。

1935年，阿爾伯特愛因斯坦，鮑里斯波多爾斯基和納森羅森在他們的EPR悖論中推論說，量子力學可能不是一個局部理論，因為對一對分離但糾纏的粒子之一進行的測量會產生同步效應，波函數(shù)的崩潰，在遠程粒子中（即超過光速的效應）。但由于波函數(shù)崩潰的概率性質，這種局部性的違反不能用于比光傳輸信息（即傳輸能量，動量或角動量）更快。1964年John Stewart Bell制定了“貝爾不平等”，如果在實際實驗中違反了貝爾不平等，則意味著量子力學違反了地方性或現(xiàn)實性，這是另一個涉及未測量量值的原則。這兩個原則通常被稱為單一原則，即地方現(xiàn)實主義。

從Alain Aspect1972年的實驗開始，貝爾不等式的實驗測試表明，量子力學似乎違反了不等式，所以它必須違反局部性或現(xiàn)實性。然而，批評人士指出，這些實驗含有“漏洞”，阻礙了這個問題的明確答案?，F(xiàn)在可以解決這個問題：2015年代爾夫特大學的Ronald Hanson博士進行了所謂的第一個無漏洞實驗。

前量子力學主要文章：在遠處行動

在17世紀，牛頓的萬有引力定律是以“遠方行動”的方式制定的，因此違反了地方原則。

如果沒有其他別的調解，無生命的物質應該是沒有物質的，在沒有相互接觸的情況下操作并影響其他物質......重力應該是物質的先天性，內在性和必要性，以便一個物體可以采取行動另一個距離真空，沒有其他任何調解的地方，他們的行動和力量可以從一個地方傳到另一個地方，對我而言，這是一種荒謬的事情，我認為沒有一個人有哲學上的問題一個有能力的思維系統(tǒng)可以融入其中。引力必須由代理人按照一定的規(guī)律不斷行事而引起;但是不管這個代理人是重要的還是非重要的，我都留給了我的讀者。

艾薩克牛頓，給賓利的信，1692/3

庫侖電力法則最初也被定義為遠距離瞬時作用，但后來被麥克斯韋電磁方程所取代，該電磁法服從地方性。

1905年，愛因斯坦的“狹義相對論”假定沒有任何物質或能量能夠以比光速快的速度傳播，因此愛因斯坦試圖以符合當?shù)卦瓌t的方式重新表達物理規(guī)律。他后來成功地產生了另一種引力理論，即廣義相對論，它遵從地方原理。

然而，對量子力學的理論隨后出現(xiàn)了對地方原理的不同挑戰(zhàn)，愛因斯坦本人幫助創(chuàng)造了量子力學理論。

量子力學EPR悖論阿爾伯特愛因斯坦認為，量子力學是一個不完全的理論，因為他已經表明，正如最初所闡明的那樣，它導致了他認為是矛盾的東西。

愛因斯坦，波多爾斯基和羅森（被稱為“EPR”小組）在理論中確定了一個明顯的悖論：量子力學預測非局域性（他們認為它與狹義相對論矛盾），除非位置和動量同時是粒子的真實屬性。（事實是，非局域性的存在本身實際上并沒有違背狹義相對論，所以實際上沒有矛盾。但是，這只是實現(xiàn)了年后，量子場論的形成過程中）。

愛因斯坦的結論基于兩個假設，他稱之為公理：即地方性原則是必要的;并且不會違反它（這是愛因斯坦錯誤的地方）。他稱之為“地方行動的原則”：

這個想法表征了空間上相距很遠的物體的相對獨立性，A和B：對A的外部影響對B沒有直接影響。

他說，如果沒有這個原則，準封閉系統(tǒng)的存在的概念，從而制定可以通過實驗檢驗的法律是不可能的。

愛因斯坦的結論在實驗上是無法證實的，直到1964年，約翰·斯圖爾特·貝爾得出了一個量子力學預測的定理，其中沒有任何基于局部隱性變量的競爭理論（“本地實在論”原理）能夠重現(xiàn)。

局部現(xiàn)實主義愛因斯坦的局部現(xiàn)實主義原理是將定域性原理（限制光速的因果關系）與假設粒子必須客觀地具有任何可能測量的預先存在的值（即實際值）的假設相結合即在進行該測量之前存在的值。

局部現(xiàn)實主義是經典力學和經典電動力學的一個特征;但量子力學理論基于遠距離量子糾纏的實驗證據(jù)拒絕了這個原理：愛因斯坦拒絕的一種解釋（作為一個悖論），但是它得到了1972年基于貝爾1964年不等式定理的實驗的支持。

如果一個實驗顯示量子力學違反了貝爾的不等式，那么根據(jù)定義，量子力學必然違反了地方或現(xiàn)實主義。但是，1972年的實驗是否表現(xiàn)出真正的違規(guī)行為尚不清楚，因為它沒有檢驗不平等的亞類，并且由于試驗的實驗限制。

在當前的理論中，1972年以后，量子力學的各種解釋（即理論）違反了地方現(xiàn)實主義的不同方面。但是一些解釋僅僅違背了一個相關原則的方面，即反事實的確定性。

反實際確定性（CFD）是指將確切的測量結果描述為事實上沒有被執(zhí)行（即假定存在未測量的值）是有效的。

先來說明一點關于“結果”的實在性。經典物理中客觀世界的定域性和實在性于我們而言是根深蒂固的。定域性是指某個時刻，一個物體的位置是明確的。比如某個具體時間，某人只可能出現(xiàn)在一個地方。而定域規(guī)范不變性，更是經典理論的一個基石內容。等效原理其實也反映出定域規(guī)范不變性。

實在性是指客觀世界不依賴于意識而獨立存在。然而量子力學的結論是驚世駭俗的。玻爾認為，在量子粒子世界，所謂的定域性是不存在的，而實在性，從物理學角度也是無法確定的。

甚至于在量子力學里，人們會認為一個量子行為的確定與不確定，必須要有意識參與，也就是人參與。比如在沒有看到薛定諤貓的情況下，認為貓?zhí)幱谏c死的疊加態(tài)。一旦我們看到了，貓的生與死，就是確定的。這個觀點其實是錯誤的。我們在前面的章節(jié)中有過論述，題目為《薛定諤的貓是不存在的！》，不懂的可以去閱讀一下。

量子力學的這種理論是大多數(shù)人所不愿接受的。我們一般會毫不猶豫的認為這個世界是實實在在存在著的，我們看到的一切東西，都是實實在在的存在，并不會因為我們意識不到就不存在。

為了維持世界的“確定性”愛因斯坦提出隱變量理論，他認為，我們不清楚，不明確粒子的行為是因為暫時還沒找到隱藏的變量，粒子其實和乒乓球一樣是經典實在的。但后來我們也知道了，貝爾不等式的實驗結果，不支持愛氏的隱變量理論。支持玻爾的理論。摘自獨立學者靈遁者量子力學書籍《見微知著》2

本詞條內容貢獻者為:

王慧維 - 副研究員 - 西南大學