[科普中国]-定域性原理

在物理学中，定域性原理（英语：Principle of locality），又称局域性原理、区域性原则，认为一个特定物体，只能被它周围的力量影响。包涵了定域性原理的物理学理论，被称为是一个定域理论。根据经典物理学的场论的看法，某一点的行动，影响到另一点，在中间的空间，例如场，会成为运动的中介。要对另一个点造成影响，一个波或是粒子，必须先行经两点中间的空间，之后才能造成影响。

背景在狭义相对论1限制了所有这些影响可以到速度光速c。因此，定域性原理意味着某一点的事件不能在另一点引起同时发生的结果。点的事件 A在一点上不会导致结果 B 在不到的时间 ，在哪里D是点之间的距离。

1935年，阿尔伯特爱因斯坦，鲍里斯波多尔斯基和纳森罗森在他们的EPR悖论中推论说，量子力学可能不是一个局部理论，因为对一对分离但纠缠的粒子之一进行的测量会产生同步效应，波函数的崩溃，在远程粒子中（即超过光速的效应）。但由于波函数崩溃的概率性质，这种局部性的违反不能用于比光传输信息（即传输能量，动量或角动量）更快。1964年John Stewart Bell制定了“贝尔不平等”，如果在实际实验中违反了贝尔不平等，则意味着量子力学违反了地方性或现实性，这是另一个涉及未测量量值的原则。这两个原则通常被称为单一原则，即地方现实主义。

从Alain Aspect1972年的实验开始，贝尔不等式的实验测试表明，量子力学似乎违反了不等式，所以它必须违反局部性或现实性。然而，批评人士指出，这些实验含有“漏洞”，阻碍了这个问题的明确答案。现在可以解决这个问题：2015年代尔夫特大学的Ronald Hanson博士进行了所谓的第一个无漏洞实验。

前量子力学主要文章：在远处行动

在17世纪，牛顿的万有引力定律是以“远方行动”的方式制定的，因此违反了地方原则。

如果没有其他别的调解，无生命的物质应该是没有物质的，在没有相互接触的情况下操作并影响其他物质......重力应该是物质的先天性，内在性和必要性，以便一个物体可以采取行动另一个距离真空，没有其他任何调解的地方，他们的行动和力量可以从一个地方传到另一个地方，对我而言，这是一种荒谬的事情，我认为没有一个人有哲学上的问题一个有能力的思维系统可以融入其中。引力必须由代理人按照一定的规律不断行事而引起;但是不管这个代理人是重要的还是非重要的，我都留给了我的读者。

艾萨克牛顿，给宾利的信，1692/3

库仑电力法则最初也被定义为远距离瞬时作用，但后来被麦克斯韦电磁方程所取代，该电磁法服从地方性。

1905年，爱因斯坦的“狭义相对论”假定没有任何物质或能量能够以比光速快的速度传播，因此爱因斯坦试图以符合当地原则的方式重新表达物理规律。他后来成功地产生了另一种引力理论，即广义相对论，它遵从地方原理。

然而，对量子力学的理论随后出现了对地方原理的不同挑战，爱因斯坦本人帮助创造了量子力学理论。

量子力学EPR悖论阿尔伯特爱因斯坦认为，量子力学是一个不完全的理论，因为他已经表明，正如最初所阐明的那样，它导致了他认为是矛盾的东西。

爱因斯坦，波多尔斯基和罗森（被称为“EPR”小组）在理论中确定了一个明显的悖论：量子力学预测非局域性（他们认为它与狭义相对论矛盾），除非位置和动量同时是粒子的真实属性。（事实是，非局域性的存在本身实际上并没有违背狭义相对论，所以实际上没有矛盾。但是，这只是实现了年后，量子场论的形成过程中）。

爱因斯坦的结论基于两个假设，他称之为公理：即地方性原则是必要的;并且不会违反它（这是爱因斯坦错误的地方）。他称之为“地方行动的原则”：

这个想法表征了空间上相距很远的物体的相对独立性，A和B：对A的外部影响对B没有直接影响。

他说，如果没有这个原则，准封闭系统的存在的概念，从而制定可以通过实验检验的法律是不可能的。

爱因斯坦的结论在实验上是无法证实的，直到1964年，约翰·斯图尔特·贝尔得出了一个量子力学预测的定理，其中没有任何基于局部隐性变量的竞争理论（“本地实在论”原理）能够重现。

局部现实主义爱因斯坦的局部现实主义原理是将定域性原理（限制光速的因果关系）与假设粒子必须客观地具有任何可能测量的预先存在的值（即实际值）的假设相结合即在进行该测量之前存在的值。

局部现实主义是经典力学和经典电动力学的一个特征;但量子力学理论基于远距离量子纠缠的实验证据拒绝了这个原理：爱因斯坦拒绝的一种解释（作为一个悖论），但是它得到了1972年基于贝尔1964年不等式定理的实验的支持。

如果一个实验显示量子力学违反了贝尔的不等式，那么根据定义，量子力学必然违反了地方或现实主义。但是，1972年的实验是否表现出真正的违规行为尚不清楚，因为它没有检验不平等的亚类，并且由于试验的实验限制。

在当前的理论中，1972年以后，量子力学的各种解释（即理论）违反了地方现实主义的不同方面。但是一些解释仅仅违背了一个相关原则的方面，即反事实的确定性。

反实际确定性（CFD）是指将确切的测量结果描述为事实上没有被执行（即假定存在未测量的值）是有效的。

先来说明一点关于“结果”的实在性。经典物理中客观世界的定域性和实在性于我们而言是根深蒂固的。定域性是指某个时刻，一个物体的位置是明确的。比如某个具体时间，某人只可能出现在一个地方。而定域规范不变性，更是经典理论的一个基石内容。等效原理其实也反映出定域规范不变性。

实在性是指客观世界不依赖于意识而独立存在。然而量子力学的结论是惊世骇俗的。玻尔认为，在量子粒子世界，所谓的定域性是不存在的，而实在性，从物理学角度也是无法确定的。

甚至于在量子力学里，人们会认为一个量子行为的确定与不确定，必须要有意识参与，也就是人参与。比如在没有看到薛定谔猫的情况下，认为猫处于生与死的叠加态。一旦我们看到了，猫的生与死，就是确定的。这个观点其实是错误的。我们在前面的章节中有过论述，题目为《薛定谔的猫是不存在的！》，不懂的可以去阅读一下。

量子力学的这种理论是大多数人所不愿接受的。我们一般会毫不犹豫的认为这个世界是实实在在存在着的，我们看到的一切东西，都是实实在在的存在，并不会因为我们意识不到就不存在。

为了维持世界的“确定性”爱因斯坦提出隐变量理论，他认为，我们不清楚，不明确粒子的行为是因为暂时还没找到隐藏的变量，粒子其实和乒乓球一样是经典实在的。但后来我们也知道了，贝尔不等式的实验结果，不支持爱氏的隐变量理论。支持玻尔的理论。摘自独立学者灵遁者量子力学书籍《见微知著》2

本词条内容贡献者为:

王慧维 - 副研究员 - 西南大学