为什么移动的尺子收缩(长度收缩)，移动的时钟运行缓慢(时间膨胀)，以至于每个人都测量相同的光速c，而不考虑它们的相对运动？爱因斯坦在20世纪之交，通过颠覆这个问题，以“原则时尚”解开了这个谜团。他引用了相对论原理(又名无首选参照系)，并争辩说，因为c出现在物理方程式中，所以没有首选参照系说，每个人都必须测量相同的c值，而不管他们相对于震源的运动(也就是说，不管他们的参照系是什么)。
随后，长度收缩和时间膨胀就是这一光假设的结果。具有讽刺意味的是，他错失了使用完全相同的原理来解开量子纠缠之谜的机会。1935年，他提出了量子纠缠之谜，称其为远距离的诡异行为。实际上，他去世时认为，量子纠缠是量子力学不完整的证据，而他的相对论原理会告诉他，量子力学对于量子纠缠来说是尽可能完整的。
在20世纪之交，物理学家试图回答这个问题：为什么每个人都测量相同的光速，而不管他们相对于光源的运动如何？这可能不会让你觉得奇怪，但请停下来想一想。
假设你和我站在棒球场上，我尽可能用力地向你投球，比方说，每小时40英里。球以每小时40英里的速度远离我，因为你相对于我是静止的，所以球正以每小时40英里的速度向你移动。现在，假设我坐在一辆高尔夫球车上，以每小时20英里的速度朝你驶来，然后尽我所能地把球扔给你。球以每小时40英里的速度远离我和高尔夫球车，这意味着球正以每小时40+20=60英里的速度向你移动。很有道理，对吧？
但是现在假设我使用手电筒，在这两种情况下向你们发送光脉冲。在这两种情况下，光脉冲都以光速c远离我。那么，当我坐在高尔夫球车上时，光脉冲会以每小时c+20英里的速度接近你吗？不，在这两种情况下，你测量的光脉冲都是在c向你移动的，这是怎么发生的呢？这就是他们试图解开的谜团。
物理学家有一种数学形式主义(洛伦兹变换)，即移动的尺子收缩(长度收缩)，移动的时钟运行缓慢(时间扩张)，这样每个人都可以测量相同的光速c。尺子和时钟的这种运动将相对于一种充满整个空间的物质，称为发光乙醚。问题是，以太需要闻所未闻的机械特性。例如，它需要比最硬的钢更高的抗拉强度，但又允许行星穿过它，就好像它根本不在那里一样。爱因斯坦登场了。
爱因斯坦没有试图解释相对于某种隐藏的、首选的机械参照系的长度收缩和时间膨胀，而是简单地引用了相对论原理。也就是说，如果没有首选的参考系(也称为相对论原理)，那么每个人都必须测量相同的光速c值(一个通用常数)，而不管它们相对于源的运动(无论它们的参考系是什么)。然后，长度收缩和时间膨胀从这个光假设，即相对论原理应用于c。关于这个动作，他说：
渐渐地，我对通过以已知事实为基础的建设性努力来发现真正规律的可能性感到绝望。我试得越久，越绝望，我就越发坚信，只有发现一个普遍的形式原则，才能使我们得到有把握的结果。
115年后，我们仍然在使用他的狭义相对论，没有任何相应的因果机制(建设性的努力)来解释它的普遍形式原则，即相对性原则。狭义相对论是一种原则性理论，而不是一种建设性理论，这一点没有得到广泛的赞赏。具有讽刺意味的是，爱因斯坦本可以使用同样的相对论原理来解开他在1935年帮助引入的量子纠缠之谜。
大约40年前，大卫·默明(David Mermin)发表了一篇被理查德·费曼(Richard Feynman)称为“把原子世界带回家：任何人的量子之谜”的论文，这是我所知道的最漂亮的物理学论文之一。默明介绍了他的简单装置，向普通读者传达量子纠缠的奥秘。Mermin的装置以及量子纠缠的奥秘确实很容易理解。
Mermin设备包含一个源(图1中的中间框)，该源在每次实验中向两个探测器(图1中的左边和右边的框)发射一对粒子。
在实验的每次试验中，爱丽丝和鲍勃随机选择各自探测器上的设置1、2或3。当爱丽丝和鲍勃在给定的审判(案例(A))中的设置相同时，他们的结果总是相同的，要么是红色的，要么是绿色的。当爱丽丝和鲍勃在给定的审判(案例(B))中的设置不同时，结果只有四分之一的时间是相同的。那么神秘在哪里呢？
那么，让我们试着考虑一下(A)情况。默明说：为什么当开关在相同的位置时，探测器总是闪烁相同的颜色？因为这两个探测器没有连接，所以其中一个无法知道另一个上的开关设置在与自己相同的位置。
这导致他引入指令集来说明当探测器具有相同设置时设备的行为(情况(A))。换句话说，在粒子离开源之前，它们必须就如果在三种设置中的每一种设置中测量它们将呈现什么结果达成一致，以防它们在相同的设置中被测量。关于使用指令集来解释(A)情况，Mermin说，不能证明没有其他方法，但我向读者提出任何建议。
这些指令集构成了解释相关案例(A)结果的建设性努力。听起来耳熟吗？就像发光的乙醚一样，这些指令集根本不起作用。很容易证明，指令集将在所有案例(B)试验中产生至少三分之一的协议(贝尔不等式)，远远超过设备实际产生的四分之一协议。因此，指令集不提供解释量子力学预测的因果机制。这就是其中的奥秘所在。量子力学提供了一种预测情况(A)和情况(B)的结果的数学形式主义，但它没有对它们提供建设性的解释。就像洛伦兹变换一样，我们有一种数学形式主义，它映射到手头的经验现象，但没有提供建设性的解释。这让爱因斯坦很烦恼。
1935年，爱因斯坦与鲍里斯·泊道尔斯基(Boris Podolsky)和内森·罗森(Nathan Rosen)合著了一篇著名的论文“物理现实的量子力学描述能被认为是完整的吗？”(被称为EPR论文)。从本质上说，爱因斯坦不相信量子力学是完整的，因为尽管量子力学取得了巨大成功，但在什么是真实的问题上，(量子力学)却顽固地保持沉默。除此之外，如果没有对量子纠缠进行一些建设性的解释，爱因斯坦似乎认为，我们需要在两个粒子之间进行某种即时通信(在一定距离上的诡异行为)，以便在测量结果时协调它们的结果。狭义相对论的后果之一是，如果所有参照系都是真正相等的，你就不能进行即时交流，以免一些观察者看到的结果先于原因。爱因斯坦说过：
我不能认真相信[量子理论]，因为它不能与物理学应该在时间和空间上代表现实、不受远处诡异行为影响的想法相调和。
看起来，要么量子力学通过远距离的诡异行为违反了狭义相对论，要么量子力学是不完整的，也就是说，有一些隐藏的因果机制在起作用，这是量子力学没有提供的(很像狭义相对论的情况)。由于爱因斯坦无法忍受远距离的诡异行为，他死时认为量子力学是不完整的。
Mermin装置的美丽清晰度和它无数的实验实例是爱因斯坦无法获得的，所有这些都是在他去世很久之后才出版的。因此，也许他不能因为错过了将他的普遍形式原则运用到另一个难以解开的谜团的机会而受到指责。也就是说，我们今天处于与物理学家在20世纪之交面临的时间膨胀和长度收缩的量子纠缠类似的境地。我们在“科学报告”上的论文表明，相对论原理再次对这个谜团负责。
正如Steven Weinberg所指出的，用Stern-Gerlach(SG)磁体测量自旋角动量构成了(正负)普朗克常数h的测量(正负)(图2)。因此，相对论原理要求，无论你如何定向SG磁铁来测量粒子的自旋角动量，你总是会得到一个向上或向下的结果，而不是这个量的一小部分。Mermin设备中的红色和绿色结果代表这两种可能的结果。正如人们期望测量来自高尔夫球车的光脉冲的速度为每小时c+20英里一样，人们期望(根据经典理论)测量不同SG磁铁方向的h的分数(图2)。
Mermin装置的行为实际上是基于纠缠的自旋测量，即对包含在两个粒子中的守恒的自旋角动量的测量(图3)。当SG磁体朝向相同的方向(情况(A))时，由于粒子对之间的自旋角动量守恒，结果总是相同的。我们在论文中指出的是，Mermin装置中四分之一情形(B)协议所代表的量子纠缠之谜必然源于这样一个事实：除了普朗克常数h之外，Alice和Bob都不能测量任何东西，而不管他们的SG磁体相对于源的取向如何。换句话说，为了在情况(B)中获得直观的(非神秘的)守恒，爱丽丝或鲍勃必须在红色和绿色之间测量一些东西。但是，这意味着测量红色或绿色的人是在一个首选的参照系中，已经测量了h的真实值。
相反，在案例(B)试验中发生的情况是，鲍勃的结果与爱丽丝在特定环境下的结果相对应，正确地平均到人们对自旋角动量守恒的预期(图4)。当然，情况是对称的，这样鲍勃就可以说爱丽丝的结果正确地平均到一个人给出的结果的期望值。由于没有人能测量分数结果，这种仅平均守恒是尽可能完整的自旋角动量守恒。
因此，正如长度收缩和时间膨胀之谜源于应用于光速c测量的相对论原理，量子纠缠之谜也源于应用于普朗克常数h测量的相对论原理。在爱因斯坦发表狭义相对论115年后，在他发表著名的EPR论文85年后，我们对这些谜团有了相同的原理解释，但没有相应的建设性解释。因此，我们现在知道，量子力学与狭义相对论一样完备，因为它遵循相对论原理。爱因斯坦当然错过了一个机会，用他的普遍形式原理让我们远离诡异的行为，但事后诸葛亮(…)。2020年。
这篇报道是科学X对话的一部分，研究人员可以在那里报告他们发表的研究文章的发现。有关Science X对话框及其参与方式的信息，请访问此页面。更多信息：W.M.Stuckey等人。回答Mermin的挑战，在没有首选参考框架的情况下进行保护，科学报告(2020)。网址：10.1038/s41598-020-72817-7 www.nature.com/products/s41598-020-72817-7
简介：1987年，我以广义相对论的论文获得物理学博士学位(论文导师路易斯·威腾)，1988年开始在伊丽莎白镇学院教授物理。我在1994年读了梅尔明的论文，这启发了我在物理学基础方面的工作。我有几本“物理学基础”的出版物，其中包括一本与“牛津大学：超越动力宇宙”(2018)合作的书。
引用：爱因斯坦错失了让我们远距离摆脱恐怖行为的机会(2020年10月12日)，这本书是从https://sciencex.com/news/2020-10-einstein-opportunity-spooky-actions-distance.html网站上检索到的。
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