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量子纠缠与超距作用

(2015-10-25 20:02:37) 下一个

最近好像量子纠缠很火爆。本人不是搞物理专业的可是对这个很敢兴趣,简单写下自己的理解。这个问题有点绕,因为量子世界里面的一切规律和我们现实生活比起来真的是格格不入。

说到量子纠缠,要提到的必须是爱因斯坦。他老人家对量子学不是很认同,虽然他所得的诺贝尔奖也是和量子力学有关的话题。稍微扯远点,在为什么相对论没有得诺贝尔奖金的问题上面,诺贝尔委员会在这件事情上面所做的完全是科学严谨的决定。这个奖金是对自然科学实验实践证实的,对人类进步有重大贡献的成果予以奖励。这大概也就是为什么没有数学奖的原因吧,数学严格的说不是自然科学。

回到话题,当年薛定谔发表了著名的薛定谔方程确立了量子力学基本框架以后,在物理学界引起了轩然大波。两位科学家,Boris Podolsky 和 Nathan Rosen 发现了用薛定谔方程解粒子纠缠时候会违反定域法则的问题。这个问题比较深奥大家不必太纠缠,总之,两人把结果给爱因斯坦过目后,1935三人共同在物理学回顾上发表了著名的文章,称作EPR佯谬。当时是作为对量子力学不完备性的攻击文章而发表的。而有意思的是,这个佯谬居然被证明了是正确的。所以反过来证明了爱因斯坦在这个问题上判断失误。

给大家举个很简单的例子,比如一个商店给你寄了一双昂贵的手套,而且是左右手套分别包装的。现在他们把其中一只寄给在纽约的您。另一只还在加州的工厂里面加工。您收到手套时候并不知道这是左手右手。您打开 了邮包发现是左手的。现在,您立刻(注意是立刻)可以判断,加州那只是右手的手套。这是这个佯谬的宏观例子。

这个例子是有很大问题的。注意,虽然在您打开邮包前并不知道左右手但是其实包里面的手套已经确定是左手了,只是您不知道而已。我们可以把这个信息称这个为隐含变量,厂家是知道这个信息的。您做的其实只是验证而已,你打开邮包的过程即不能影响包里的手套左右手情况也不能影响加州工厂里面另一只手套的情况。

在量子理论里面最基本的和我们宏观不同的一个情况是不确定性原理。现在薛定谔方程说,在打开量子力学包裹前,包裹里面的手套即是左手又是右手(!)这个手套处在一个非常模糊的状态(!) 。您打开包裹的动作决定了手套的左右手(!)。对不起啊,不只是您,连爱因斯坦都对这个无法接受。于是三位大牛人就发表了这么个想象实验来试图驳倒量子力学。他们说好吧算你老薛狠, 你对了的话问题大了就。首先我们假定厂家就是上帝一样的,当他们制造手套时候必须两只两只的造,一个左另一个必须是右。注意关键点来了,上帝肯定知道哪个包裹里面的手套是左手那个是右手。换句话说,一定有这么个信息的,只是我们不知道而已。 按老薛的公式,如果您在纽约发现手套是左手的,您打开包裹的过程决定了手套是左手还是右手的话,那么加州的手套必须按照您的观察做相应调整,变成相对的手套。这怎么可能,这个信息怎么才能传过去啊,而且必须是瞬时的。按照爱因斯坦相对论,信息最快的传递就是光速了,瞬时是不可能的。 这里争论的关键是,那个关键的信息,也就是,在您打开包裹前,手套是不是早已经确定了的。量子力学说不是,那个手套就是一个很模糊的,左右都可能的状态,而我们的经典理论说这简直是天方夜谭,违背了常识所以,薛定谔的方程是不完备的,缺了很重要的变量!

1964, 一个叫做贝尔的物理学家设计了一个很精妙的实验,居然可以证明那个隐藏的量,也就是说打开前是不是手套就已经决定了。当然这个实验原理很复杂,做起来也很困难要很多的统计结果才能说明问题。

长话短说,贝尔实验有很多实验室进行过了,居然得出的结论是,量子力学是正确的!那只量子手套,在您打开前确实是模糊的,左右都可以的!而您打开包裹的过程觉得了不仅仅是您包裹里面手套的左右手,同时也决定了加州工厂里面那只手套的左右手。

这个实验结论对物理学,对我们认识整个世界的影响真的难以估量。我们一只说我们是唯物主义者,物质第一,意识第二,物质决定意识。可是量子力学居然说,您的观察,觉得了这只手套的左右手性质!换句话,您的意识对量子世界是有很大很大影响的!

世界真的太神奇了!

 

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阅读 ()评论 (16)
评论
回复 悄悄话 回复 '沈成涵' 的评论 : 等退休了回大学再继续修物理吧。:)
沈成涵 回复 悄悄话 回复 '铱' 的评论 :

----你所介绍的这些我都认同,但我还是认为与观测者的意识无直接关系。量子力学还处于新生并逐渐丰满和繁荣的阶段,还没有最终确立完美且完整地自身构架,还需人们继续探索和完善。
回复 悄悄话 回复 'yinggai' 的评论 :
佛学博大精深,也许早就有过预测。您能详细些说说吗?
回复 悄悄话 回复 '沈成涵' 的评论 :

这里的论点是:您测量的仪器(包括光子)本身也是有波函数的,具有不确定性。所以当只有用仪器测量时候,系统的波函数并没有坍缩,直到观测者本人的意识也加入到测量里面时候一切才突然确定下来。

给您摘录一段量子力学史话:

冯·诺伊曼敏锐地指出,我们用于测量目标的那些仪器本身也是由不确定的粒子所组成
的,它们自己也拥有自己的波函数。当我们用仪器去“观测”的时候,这只会把仪器本身也卷
入到这个模糊叠加态中间去。怎么说呢,假如我们想测量一个电子是通过了左边还是右边的
狭缝,我们用一台仪器去测量,并用指针摇摆的方向来报告这一结果。但是,令人哭笑不得
的是,因为这台仪器本身也有自己的波函数,如果我们不“观测”这台仪器本身,它的波函数
便也陷入一种模糊的叠加态中!诺伊曼的数学模型显示,当仪器测量电子后,电子的波函数
坍缩了不假,但左/右的叠加只是被转移到了仪器那里而已。现在是我们的仪器处于指针指
向左还是右的叠加状态了!假如我们再用仪器 B 去测量那台仪器 A,好,现在 A 的波函数又
坍缩了,它的状态变成确定,可是 B 又陷入模糊不定中……总而言之,当我们用仪器去测量
仪器,这整个链条的最后一台仪器总是处在不确定状态中,这叫做“无限后退”(infinite
regression)。从另一个角度看,假如我们把用于测量的仪器也加入到整个系统中去,这个
大系统的波函数从未彻底坍缩过!
yinggai 回复 悄悄话 佛经里早就说额
沈成涵 回复 悄悄话 “如果你不对世界产生影响那怎么才能做测量呢?”

----所以最直接改变世界的还是物质而不是意识。
jiewang 回复 悄悄话 This is better one
http://www.ximalaya.com/24458223/album/373573
jiewang 回复 悄悄话 【有声书】量子物理史话-上帝掷骰子吗
http://www.ximalaya.com/29182769/album/2715903
回复 悄悄话 回复 '沈成涵' 的评论 : 您说的这个好像已经涉及到哲学范畴了,不是很了解。好像问题关键是,如果你不对世界产生影响那怎么才能做测量呢?再好的理论如果没有实验结果支持,在物理里面只能算一种假说吧。。。
沈成涵 回复 悄悄话 回复 '铱' 的评论 : 感谢你的推荐。但是一个不施加任何物质影响的观测者是不会改变什么的,即便是你信奉某种增强版的“人择原理”(anthropic principle)。
回复 悄悄话 回复 '沈成涵' 的评论 : 有个科普读物“量子力学史话”,里面提到一个有趣的问题就是,我们的意识是不是决定了物理世界的现实。您有兴趣的话可以下载看看。
回复 悄悄话 回复 '觅音' 的评论 : 这只是对EPR佯谬的一个通俗的解释。原文的标题是,“量子力学对物理现实的描述是完备的吗”,因为薛定谔方程违背了定域原则,因而是不完备的,和几个变量没关系。。。举两个变量是因为它简单而已。
觅音 回复 悄悄话 打个比方。在十字路口一方看到绿灯或黄灯时。他知道两边一定是红灯。可是他看到红灯时却不知道两边是绿灯还是黄灯。所以量子纠缠与超距作用无法用于有三种状态的情况下。
沈成涵 回复 悄悄话 “换句话,您的意识对量子世界是有很大很大影响的!”----影响很大,但还是“物质决定意识”,而不是已经变成“意识决定物质”了。因为观测不是纯意识行为,对被观测物质是有物质影响的。
舌尖上的世界 回复 悄悄话 这跟'意识'、'幽灵'没有干系。经典物理只是强迫'观察者'被从系统中剥离出来,但事实上那只是为'认识'世界所(不得不)作的一个简化。你必须从经典物理的框架中挣脱出来,重新思考。
我是干枯的胡杨^_^ 回复 悄悄话 幽灵,心灵感应等等是存在的。
等进一步的发现。
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