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小二哥李白 (热门博主)
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最近看量子科普,明白了一些有趣的道理。。。

(2016-09-28 21:02:42) 下一个

从量子纠缠入手,碰到了两个著名的物理命题的世纪决对:

以爱因斯坦为首的“宇宙决定论”,即他的著名的“上帝不扔骰子”宣言,他认为宇宙一切皆既定且可测。

以波尔为代表的,“量子状态不可测知论”,既量子状态不可测,一测就定下来。亦即,宇宙事件不可预知,直到最后量子状态改变的那一刻。而且一旦可测,即成为过去,结果不会再变。

对于这个看似只能问上帝的问题,一个北爱尔兰科学家约翰贝尔居然找到了证明两个命题孰真孰伪的逻辑方法,即他的“贝尔不等式”。

贝尔不等式是一个简单的逻辑方法,证明两个概率独立的系统如果叠加,无论谁先谁后,其汇总概率不大于两个独立的概率之和。如果大于,那么它们同属一个系统,且先发生的事件影响后发生的事件。

但是这个简单的逻辑不等式,在其他所有实验都证明符合逻辑的前提下,在两个纠缠的量子,在距离远到在规定时间内光不可以到达的距离之外,并且在规定的时间内完成两个看似独立的概率事件,它们的概率总和却不尊从贝尔不等式,而且超出量非常之大。

这说明,两个纠缠的量子,在光速不能到达的距离之外,即我们常识中的两个世界,却不是两个概率互相独立的系统,而是可以互相影响。

这让科学家们很兴奋:这两个世界到底谁先谁后,谁影响谁?

他们设计了两个空间距离很远的系统,让其中的一个系统可以在时间T1那一刻把量子的状态定下来,照相。他们在另一个系统,可以在时间T2,改变量子的状态。然后他们放两个纠缠的量子进去这两个系统,他们可以控制T1和T2的先后次序。

系统设计得很聪明,可以去上帝那里领奖了。

实验反复显示一个结果,只要他们在时间2之前不看结果,时间1照的相的结果总是与时间2的改变符合。也就是说,即使你在时间1照了相,只要你在时间2之前不去看,时间2之后,时间1的相片的内容总是由时间2的状态来决定。

如果你在时间2之前偷看了时间1的照片,那么在时间2那一刻量子只留给你一个选项,就是与你偷看到的时间1的照片结果符合的那个选项。

这就是著名的量子"spoky"问题。爱因斯坦百思不得其解的问题。

这进一步说明,纠缠的量子,不但在两个世界的空间里是同一系统,而且在两个时间上也是同一个系统,因果不由时间刻度的先后来决定,而是由状态真正改变的那一刻来决定。

爱因斯坦带去问上帝的那句话是错的,波尔终于坐在了上帝的身边。

其实这个概念很好理解,我们宇宙的能量,在宇宙大爆炸之前,处于“高温”,“高速”和“点状”的状态,没有温度,时间和空间的量。宇宙大爆炸是宇宙能量“冷却”的过程,我们在宇宙已经冷却了的一边,有了时间,空间和温度的量。我们所熟悉的能量是已经“冷却了”的能量,有确定的时间,空间和温度。

而有些宇宙能量还没完全展开,如量子,只有空间和温度的量,没有时间量。直到我们人为冷却它们,它们才有了我们熟悉的时间量。

或许还有一些能量,只有时间和温度,没有空间 (暗物质?)。

或许还有一些能量,只有时间和空间,没有温度 (暗能量?)。

或许我们现在的时,空,热,还处在宇宙大爆炸过程中?

后续:这篇博文写在2016年,所提到的实验在2022年获得诺贝尔物理奖。我是不是很有先见之明?

 

 

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阅读 ()评论 (11)
评论
J_man 回复 悄悄话 小二哥李白
同意您的关于量子“悖论”隐隐指向时间和空间的说法。
爱因斯坦关于时间和空间的解释,文字上非常简洁统一,将时空化为一体。但是对时空的形象化的演示,科普还是做的不够。爱因斯坦为我们描述了时空的粗线条,我个人也是从不理解到最终形成自己的解释。
needtime 回复 悄悄话 很搞笑的数据。 比米粒更小尺寸范围的现象,决定几百,几万公里外的事情?
原本就是描述不同世界的理论吧。
小二哥李白 回复 悄悄话 J_man,你提出的观点很有趣。因为这个问题还没最终定下来,所以可以有很多说法。这时候应该是百家争鸣的时候。
我可以谈谈我的观点。
近几年来人们对于量子的了解和理解有了质的飞跃,就好像相对论已经变成大众物理常识。这个飞跃不是猜想的飞跃,而是实实在在的物理实验,解释和理解的飞跃。
量子理论和进入了这个认识的上升时期。
所有的量子“悖论”,都隐隐指向时间和空间。时间和空间是我们宇宙的量,在我们宇宙之外这些量不存在。
我们可不可以假设量子是游离在我们宇宙边缘的能量,空间上他们附着于我们宇宙的边缘,它们可以用光速运动,而且它们运动的速度不与我们宇宙内的速度叠加,因为它们毕竟是我们宇宙边缘之外的东西。
我们可以把它们拉进我们的宇宙,赋予它们我们的时间和空间。
光就是只有空间没有时间的能量。纠缠的光子,是我们利用光的干涉原理,赋予了光子两个空间,但是他们的时间值还是统一的“无”,直到我们把时间值变成“有”。

polar_bear 回复 悄悄话 我倒是觉着时间和空间在这里起决定作用……试想用天文学的理论来研究人类的物理行为可行吗?所以研究微观世界,用现有的时空概念就出现了这种结果和结论了嘛……
阎立华 回复 悄悄话 理性的物理整出了无厘头的不可测知论
空幻的哲学却推崇机械的上帝决定论
依我看,这是上帝在折磨人,让人类兜圈子,在森林里找不到方向,还自以为在正确的道路上前进
实在没事做,有钱有闲,可以想想。真的生计忙,就别整这些劳什子。
J_man 回复 悄悄话 回复 铱
“任意的猜想世界”不是我希望在这里跟大家讨论的,会很无趣。同时,跟喜欢物理学的朋友们一起讨论,是一大乐事。
关于时间是否真实存在和时间到底是什么,据我个人了解的科普,这个问题是目前顶级理论物理学家们也在争论的问题。
关于我阐述的关于引力,暗物质和暗能量的问题,是科普常识,不是个人的猜想。
关于长距离量子纠缠实验的证实,这已经不是新闻,而且不止一次了。同时,对量子纠缠也有自己的理解。
我的理解是,通过长距离量子纠缠实验引出,信息可以超距离超光速传播,但不等于物质可以超光速运动。
(以下纯属想象,但是建立在已知常识的基础上,你可以叫它假说):
光为什么有波粒两重性,因为光子附着在三维网状的空间纤维上,超一个方向运动的光子,附着在一根空间纤维上向前运动。这时你可以问它(光子)“你直着跑就完了,抖什么抖?”,光子说“我没抖,这跟绳子在抖。”
抖动是什么,我说它就是时间。
所有的物质都是附着在空间网络上的,只要此网络在抖动,物质无时无刻不在抖动。抖动的幅度有多大?微乎其微,根本察觉不到,但是你可以通过光的衍射现象间接的观察到。抖动的频率有多大?不小于目前世界上最精确的原子钟,铯133的共振频率(9192631770Hz)。
我们可以想象,空间纤维的抖动也应该是有方向的,好比有顺时针的跳绳,也有逆时针的跳绳。在量子纠缠实验中,一对相互纠缠相反旋转的粒子原本是在同一根空间纤维上,当你施加能量到其中一个粒子时,实际上改变了粒子所在纤维的抖动方向,结果就是两个相互纠缠的粒子同时改变自旋方向。
ok,以上就是我关于量子纠缠的没有经过任何可“重复的实验”的理解。谈谈您的?

小二哥李白 回复 悄悄话 谢谢各位的留言和讨论,各位的留言和讨论都非常有意思!
云本无心 回复 悄悄话 我们对时间的定义是基于宏观经验的。其实时间可能并不是一个独立的维度。宏观的时间是一个集合。在微观世界里,时间不存在了,它的组成部分却显现了。
久经沙场的枪 回复 悄悄话 我觉得J_man 说的挺好的,至少有关时间概念的描述是有新意的。
量子纠缠实验的宏观距离,潘建伟团队也就做到5对,正在向7对进发。
想想宏观的物体,哪个是由只有五个七个量子组成的。
所以,在量子物理学家把量子现象搞清楚之前,我是不会放弃常识的。
回复 悄悄话 J_man 民科吧,1.贝尔不等式已经证明了没有隐含变量;2.量子纠缠实验的距离最大已经到了宏观的尺度了。3.你可以任意的猜想世界是怎么样的,那是哲学家的事儿;作为物理学必须拿出可以重复的实验来证明你的理论,否则在美妙的理论都是SXXX。爱因斯坦的相对论没有到过炸药奖就是这个原因。
J_man 回复 悄悄话 本人认为,爱因斯坦的直觉没有错。如果抛开因果律来看现实世界,那么一切人类的逻辑和推理都将被打上问号,因为所以,因为所以,因为所以,这种推理方式都是因为我们对因果律的认同。人类的文明能走到今天研究量子论,也是因为我们一直认同因果律。

虽然家里没有购买对撞机来亲自做实验,但是本人对量子理论没有异议。有异议的是部分科学家将量子论的观点套用于宏观世界。原因如下:
1,量子论的局限性是量子论产生于对微观粒子的研究,目前为止得出的结论是亚原子世界的运行规律与宏观世界不同。
2,量子论与相对论无法统一的原因主要是科学家们对粒子的研究还不到位。一,你看不清楚!所以你搞不清楚。二,你以为你都看清楚了!三,你看都看不清楚你就要将之套用于整个世界!
3,对于现实世界的一些基本问题,人类都没有搞清楚。所以量子论与相对论的统一还有很长的路要走。
A,时间:有人认为不存在,只是一种人类的幻觉,同时量子论也不需要时间的概念。我认为时间是万物在三维网格状的空间细微均匀的脉动,此脉动造就了万物无时无刻不在发生的变化。亚原子粒子运动方式的不同有可能是其运行轨迹已经在网格的最基本单位,电子的跃迁就可能来源于此。脉动的原因有可能是宇宙大爆炸,也有可能是引力对此fabric的拉扯。
B,引力:万有引力定律和G常数只对太阳系的行星和地球上的大物体适用。对亚原子粒子是否适用不可知,对围绕银河系中心转动恒星不适用。
C,暗物质和暗能量:由于无法对银河系中运动的恒星轨道按照万有引力进行自圆其说,所以科学家们引入了暗物质。由于无法解释星系与星系间加速远离,科学家们引入了暗能量。在我看来,如果真正了解了时间和引力,也许就不需要这两个概念了。
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