光子箱實驗之后的20世紀(jì)30年代初期，實驗核物理學(xué)迅猛發(fā)展起來。

1932年2月，劍橋大學(xué)物理學(xué)家詹姆斯·查德威克發(fā)現(xiàn)了電中性粒子，就是中子存在的證據(jù)。盡管人們當(dāng)時沒有立即把中子看作一種基本核粒子，但這一粒子很快就解決了很多以前沒有解開的謎團(tuán)。

1932年晚些時候，劍橋大學(xué)物理學(xué)家約翰·考克饒夫和歐內(nèi)斯特·瓦耳頓運用線性粒子加速器首次實現(xiàn)了人工誘導(dǎo)的核反應(yīng)。

就在這個時候，很多其他類型的粒子加速器也相繼開發(fā)出來。在加利福尼亞，美國物理學(xué)家歐內(nèi)斯特·勞倫斯開始建造一系列尺寸越來越大的回旋加速器。這些加速器能使粒子沿電磁鐵形成的環(huán)形路徑加速，這種加速器具有更高的效率，可以將粒子加速到更高的能量水平。

1932年，勞倫斯建造了一個磁鐵的磁極面直徑達(dá)11英寸，大約28厘米的回旋加速器，能夠把質(zhì)子加速到能量超過100萬電子伏特。

與此同時，狄拉克也改變了他所謂空缺產(chǎn)生出質(zhì)子的想法，最終在1931年承認(rèn)，這個空缺與電子有著相同的質(zhì)量。就這樣，他提出了正電子的說法，正電子是一種實驗物理學(xué)未知的新型粒子，與電子具有相同的質(zhì)量和相反的電荷。

1932年至1933年，美國物理學(xué)家卡爾·安德森在做宇宙射線實驗時發(fā)現(xiàn)了這種粒子存在的證據(jù)，將它正式命名為正電子。

1933年，狄拉克和薛定諤共同獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。委員會還宣布將1932年的諾貝爾物理學(xué)獎頒給海森伯。

1933年12月，這三位物理學(xué)家齊聚斯德哥爾摩。在獲獎致辭中，狄拉克談到他推測可能存在負(fù)質(zhì)子，以及完全由反粒子構(gòu)成的恒星。

1932年，愛因斯坦接受了新建立的普林斯頓高等研究所的聘任邀請。他原本打算每年在普林斯頓待五個月，其余時間則待在柏林。但是因為德國對猶太人的迫害，1932年12月離開德國后，愛因斯坦就再也沒有回去。

1933年10月，他在普林斯頓安頓了下來，并且開始四處尋找頭腦聰明的年輕科學(xué)家合作。俄國物理學(xué)家鮑里斯·波多爾斯基和美國物理學(xué)家納森·羅森引起了他的注意。

這三個人的合作，推進(jìn)了愛因斯坦向“量子理論完備性”發(fā)起的最新的挑戰(zhàn)。

愛因斯坦需要找到一種物理的情境，在此情境下，能夠在量子粒子的狀態(tài)不受任何干擾的條件下獲取量子粒子的信息。這樣一來，玻爾就不能用以前用過的論點來規(guī)避愛因斯坦的質(zhì)疑了。改進(jìn)后的光子箱實驗允許實驗者選擇對兩種互補(bǔ)性可觀察量中的其中一個進(jìn)行精確測量，這是解決問題的第一步。

愛因斯坦―波多爾斯基―羅森思想實驗，這個實驗又叫做EPR悖論，或者ERP佯謬，把問題又向前推進(jìn)了一步。

這個實驗是對兩個量子粒子中的一個進(jìn)行測量。兩個粒子不久前曾發(fā)生過相互作用，隨后就分離開了。

咱們把兩個粒子分別用粒子A和粒子B表示。粒子A的位置和動量是互補(bǔ)性的可觀測量，根據(jù)海森伯的不確定性原理，在位置和動量兩者中，測量一個必然會向另一個中引入不確定性。同樣，粒子B的位置和動量也和粒子A一樣。

但是，如果現(xiàn)在我們考慮兩個粒子的位置之差，和動量之和，那么就有可能發(fā)現(xiàn)這些量的運算符合交換律。也就是說，原則上講，我們可以用任意精度同時測量這些量。

關(guān)于物理實在，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森首先給出了一個看似合理的定義。如果在對系統(tǒng)沒有任何干擾的狀況下，我們能準(zhǔn)確預(yù)測一個物理量的值，那么就存在一個與這個物理量對應(yīng)的物理實在的要素。

對于每個被單獨看待的粒子，準(zhǔn)確測量它的一個物理量，比如粒子B的位置，就意味著它的動量具有無限的不確定性。因此，根據(jù)對物理實在的定義，在這些條件下，粒子B的位置是物理實在的一個要素，而動量則不是。很明顯，通過選擇進(jìn)行不同的測量，我們就能確定粒子B動量的實在性，但不能確定它的位置。

但是，粒子A和粒子B的位置之差和動量之和卻不受這種限制。假設(shè)現(xiàn)在允許兩個粒子相互作用，并沿著相互遠(yuǎn)離對方的方向移動相當(dāng)長一段距離。這時我們做一個實驗，來精確測量粒子A的位置。由于位置差必須是一個物理實在的值，因此我們可以推導(dǎo)出粒子B的精確位置。那么根據(jù)上述定義，B的位置一定也是物理實在的一個要素。

假設(shè)換過來我們選擇測量的是粒子A的精確動量的話。兩個粒子的動量之和必須是一個物理實在的值，因此就必然能推導(dǎo)出B的動量。那么B的動量也一定是物理實在的一個要素。這樣一來，粒子B與粒子A分開后，盡管我們對B沒有做任何測量，但只要測量了A，就能確定B的位置或者動量，并且沒有對B構(gòu)成任何干擾。

哥本哈根詮釋卻認(rèn)為我們根本就做不到這一點。

我們不得不接受一點：如果對量子理論的這個詮釋是正確的，那么對另外一個完全不同的粒子的測量，會決定粒子B的物理實在，比如位置或動量，而且兩個粒子間的距離可以任意遠(yuǎn)。愛因斯坦、波多爾斯基和羅森都認(rèn)為：“任何對物理實在的合理定義都不允許出現(xiàn)這種情況?！?

EPR，就是三位科學(xué)家名字首字母的縮寫，ERP思想實驗恰好擊中了量子理論的哥本哈根詮釋的要害。如果把不確定性原理應(yīng)用到單個的量子粒子上，那么粒子B的位置或動量要通過測量粒子A來確定，我們就必須引入某種“幽靈般的”超距作用。

一旦測量儀器對任意距離之外的粒子產(chǎn)生超距作用，就違背了狹義相對論的基礎(chǔ)，根據(jù)狹義相對論，任何超光速的信號通訊都是不可能的。愛因斯坦、波多爾斯基和羅森都認(rèn)為，沒必要引入這種超距作用。因為粒子B的位置和動量自始至終都是確定的，但由于波函數(shù)中沒有任何內(nèi)容告訴我們這些量是如何確定的，因此量子理論是不完備的。

愛因斯坦、波多爾斯基和羅森的論文題為《能認(rèn)為量子力學(xué)對物理實在的描述是完備的嗎？》，刊登在1935年5月的《物理評論》上。

玻爾聽說EPR論證之后就放下了手頭所有的工作，他認(rèn)為必須立即消除這種錯誤的理解。玻爾對EPR悖論的回應(yīng)發(fā)表在1935年6月的《自然》雜志上，隨后又在10月的《物理評論》上發(fā)表了更詳盡的論述。在10月發(fā)表的論文中，他使用了愛因斯坦、波多爾斯基和羅森三人5月份用過的同樣的題目。

玻爾的論文從本質(zhì)上說，是對互補(bǔ)性及其在量子理論上應(yīng)用的一個總結(jié)。他拒絕接受EPR思想實驗對哥本哈根詮釋造成了嚴(yán)重困難的說法，玻爾再次強(qiáng)調(diào)了把被研究物體與研究所使用的測量儀器之間必然的相互作用考慮進(jìn)去是非常重要的。

實際上，玻爾認(rèn)為粒子B的位置和動量可以從對A的測量中推斷出來并不重要。事實很簡單，我們無法構(gòu)想出一套實驗裝置，能夠滿足愛因斯坦、波多爾斯基和羅森的實驗要求。

如果我們能夠設(shè)計出一個可以精確測量A的位置的實驗，那么這個實驗就不可能精確測量A的動量。如果在一個實驗框架下，對于精確測量A的位置或者動量，我們根本就沒有選擇權(quán)，那么B的實際性質(zhì)和行為也就無關(guān)緊要了。即便沒有對粒子B的力學(xué)干擾，B的物理實在的要素，也是由測量粒子A時選擇使用的儀器的屬性所確定的。

EPR悖論把玻爾從之前還有點模糊的哲學(xué)立場，推到了反實在論的立場上。正是在這點上，玻爾不再使用“干擾”作為反擊的論點，而是把注意力集中在實驗設(shè)備上：實驗設(shè)備本身的特點就限定了可以揭示的物理實在的類型。

物理學(xué)界許多人似乎都接受了玻爾的論文，但是，玻爾的說法卻相當(dāng)模糊，沒有說服力。他強(qiáng)調(diào)了測量儀器在確定可觀測的物理實在要素時起著根本性的作用，但對于這一過程在物理學(xué)上是如何實現(xiàn)的，卻沒有提出新的觀點。

不管怎樣，玻爾沒能成功應(yīng)對愛因斯坦、波多爾斯基和羅森提出的真正質(zhì)疑。

這三位物理學(xué)家在思想實驗中創(chuàng)建的是描述兩個粒子的波函數(shù)，這個波函數(shù)允許相距相當(dāng)遙遠(yuǎn)的量子粒子之間建立相互關(guān)系。進(jìn)行測量就會引發(fā)這個波函數(shù)的坍縮，這個概念現(xiàn)在已經(jīng)成為匈牙利數(shù)學(xué)家約翰·馮·諾依曼的“投影假說”，是量子測量理論中不容顛覆的定律。

那么這樣一種測量是否必然意味著存在超距作用呢？

當(dāng)然，如果我們能以某種方式把測量儀器選擇位置或者動量延遲到最后的那一刻，那么從原則上說，關(guān)于一個距離相當(dāng)遙遠(yuǎn)的粒子，我們可能獲得的信息似乎會發(fā)生瞬時變化。

在這種情況下，當(dāng)我們選擇對粒子A的某種屬性進(jìn)行測量時，粒子B是如何“知道”它應(yīng)該展示位置還是動量的物理屬性的呢？如果對A的測量能改變B的物理狀態(tài)，或者A的改變能引發(fā)與B的某種交流，那么就需要存在一種超距作用。

現(xiàn)在，如果雙粒子波函數(shù)僅反映了我們對量子系統(tǒng)認(rèn)知的狀態(tài)，那么它的坍縮似乎就未必會影響系統(tǒng)的物理屬性。然而，波函數(shù)的坍縮要求那些物理屬性變得可以在量子系統(tǒng)中被清楚地定義和闡述，但在坍縮前，它們是模糊的，而且無法被定義。量子理論的哥本哈根詮釋中，根本沒有能夠解釋這個問題的機(jī)制。