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小二哥李白 (熱門博主)
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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) 下一個

從量子糾纏入手,碰到了兩個著名的物理命題的世紀決對:

以愛因斯坦為首的“宇宙決定論”,即他的著名的“上帝不扔骰子”宣言,他認為宇宙一切皆既定且可測。

以波爾為代表的,“量子狀態不可測知論”,既量子狀態不可測,一測就定下來。亦即,宇宙事件不可預知,直到最後量子狀態改變的那一刻。而且一旦可測,即成為過去,結果不會再變。

對於這個看似隻能問上帝的問題,一個北愛爾蘭科學家約翰貝爾居然找到了證明兩個命題孰真孰偽的邏輯方法,即他的“貝爾不等式”。

貝爾不等式是一個簡單的邏輯方法,證明兩個概率獨立的係統如果疊加,無論誰先誰後,其匯總概率不大於兩個獨立的概率之和。如果大於,那麽它們同屬一個係統,且先發生的事件影響後發生的事件。

但是這個簡單的邏輯不等式,在其他所有實驗都證明符合邏輯的前提下,在兩個糾纏的量子,在距離遠到在規定時間內光不可以到達的距離之外,並且在規定的時間內完成兩個看似獨立的概率事件,它們的概率總和卻不尊從貝爾不等式,而且超出量非常之大。

這說明,兩個糾纏的量子,在光速不能到達的距離之外,即我們常識中的兩個世界,卻不是兩個概率互相獨立的係統,而是可以互相影響。

這讓科學家們很興奮:這兩個世界到底誰先誰後,誰影響誰?

他們設計了兩個空間距離很遠的係統,讓其中的一個係統可以在時間T1那一刻把量子的狀態定下來,照相。他們在另一個係統,可以在時間T2,改變量子的狀態。然後他們放兩個糾纏的量子進去這兩個係統,他們可以控製T1和T2的先後次序。

係統設計得很聰明,可以去上帝那裏領獎了。

實驗反複顯示一個結果,隻要他們在時間2之前不看結果,時間1照的相的結果總是與時間2的改變符合。也就是說,即使你在時間1照了相,隻要你在時間2之前不去看,時間2之後,時間1的相片的內容總是由時間2的狀態來決定。

如果你在時間2之前偷看了時間1的照片,那麽在時間2那一刻量子隻留給你一個選項,就是與你偷看到的時間1的照片結果符合的那個選項。

這就是著名的量子"spoky"問題。愛因斯坦百思不得其解的問題。

這進一步說明,糾纏的量子,不但在兩個世界的空間裏是同一係統,而且在兩個時間上也是同一個係統,因果不由時間刻度的先後來決定,而是由狀態真正改變的那一刻來決定。

愛因斯坦帶去問上帝的那句話是錯的,波爾終於坐在了上帝的身邊。

其實這個概念很好理解,我們宇宙的能量,在宇宙大爆炸之前,處於“高溫”,“高速”和“點狀”的狀態,沒有溫度,時間和空間的量。宇宙大爆炸是宇宙能量“冷卻”的過程,我們在宇宙已經冷卻了的一邊,有了時間,空間和溫度的量。我們所熟悉的能量是已經“冷卻了”的能量,有確定的時間,空間和溫度。

而有些宇宙能量還沒完全展開,如量子,隻有空間和溫度的量,沒有時間量。直到我們人為冷卻它們,它們才有了我們熟悉的時間量。

或許還有一些能量,隻有時間和溫度,沒有空間 (暗物質?)。

或許還有一些能量,隻有時間和空間,沒有溫度 (暗能量?)。

或許我們現在的時,空,熱,還處在宇宙大爆炸過程中?

後續:這篇博文寫在2016年,所提到的實驗在2022年獲得諾貝爾物理獎。我是不是很有先見之明?

 

 

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閱讀 ()評論 (11)
評論
J_man 回複 悄悄話 小二哥李白
同意您的關於量子“悖論”隱隱指向時間和空間的說法。
愛因斯坦關於時間和空間的解釋,文字上非常簡潔統一,將時空化為一體。但是對時空的形象化的演示,科普還是做的不夠。愛因斯坦為我們描述了時空的粗線條,我個人也是從不理解到最終形成自己的解釋。
needtime 回複 悄悄話 很搞笑的數據。 比米粒更小尺寸範圍的現象,決定幾百,幾萬公裏外的事情?
原本就是描述不同世界的理論吧。
小二哥李白 回複 悄悄話 J_man,你提出的觀點很有趣。因為這個問題還沒最終定下來,所以可以有很多說法。這時候應該是百家爭鳴的時候。
我可以談談我的觀點。
近幾年來人們對於量子的了解和理解有了質的飛躍,就好像相對論已經變成大眾物理常識。這個飛躍不是猜想的飛躍,而是實實在在的物理實驗,解釋和理解的飛躍。
量子理論和進入了這個認識的上升時期。
所有的量子“悖論”,都隱隱指向時間和空間。時間和空間是我們宇宙的量,在我們宇宙之外這些量不存在。
我們可不可以假設量子是遊離在我們宇宙邊緣的能量,空間上他們附著於我們宇宙的邊緣,它們可以用光速運動,而且它們運動的速度不與我們宇宙內的速度疊加,因為它們畢竟是我們宇宙邊緣之外的東西。
我們可以把它們拉進我們的宇宙,賦予它們我們的時間和空間。
光就是隻有空間沒有時間的能量。糾纏的光子,是我們利用光的幹涉原理,賦予了光子兩個空間,但是他們的時間值還是統一的“無”,直到我們把時間值變成“有”。

polar_bear 回複 悄悄話 我倒是覺著時間和空間在這裏起決定作用……試想用天文學的理論來研究人類的物理行為可行嗎?所以研究微觀世界,用現有的時空概念就出現了這種結果和結論了嘛……
閻立華 回複 悄悄話 理性的物理整出了無厘頭的不可測知論
空幻的哲學卻推崇機械的上帝決定論
依我看,這是上帝在折磨人,讓人類兜圈子,在森林裏找不到方向,還自以為在正確的道路上前進
實在沒事做,有錢有閑,可以想想。真的生計忙,就別整這些勞什子。
J_man 回複 悄悄話 回複 銥
“任意的猜想世界”不是我希望在這裏跟大家討論的,會很無趣。同時,跟喜歡物理學的朋友們一起討論,是一大樂事。
關於時間是否真實存在和時間到底是什麽,據我個人了解的科普,這個問題是目前頂級理論物理學家們也在爭論的問題。
關於我闡述的關於引力,暗物質和暗能量的問題,是科普常識,不是個人的猜想。
關於長距離量子糾纏實驗的證實,這已經不是新聞,而且不止一次了。同時,對量子糾纏也有自己的理解。
我的理解是,通過長距離量子糾纏實驗引出,信息可以超距離超光速傳播,但不等於物質可以超光速運動。
(以下純屬想象,但是建立在已知常識的基礎上,你可以叫它假說):
光為什麽有波粒兩重性,因為光子附著在三維網狀的空間纖維上,超一個方向運動的光子,附著在一根空間纖維上向前運動。這時你可以問它(光子)“你直著跑就完了,抖什麽抖?”,光子說“我沒抖,這跟繩子在抖。”
抖動是什麽,我說它就是時間。
所有的物質都是附著在空間網絡上的,隻要此網絡在抖動,物質無時無刻不在抖動。抖動的幅度有多大?微乎其微,根本察覺不到,但是你可以通過光的衍射現象間接的觀察到。抖動的頻率有多大?不小於目前世界上最精確的原子鍾,銫133的共振頻率(9192631770Hz)。
我們可以想象,空間纖維的抖動也應該是有方向的,好比有順時針的跳繩,也有逆時針的跳繩。在量子糾纏實驗中,一對相互糾纏相反旋轉的粒子原本是在同一根空間纖維上,當你施加能量到其中一個粒子時,實際上改變了粒子所在纖維的抖動方向,結果就是兩個相互糾纏的粒子同時改變自旋方向。
ok,以上就是我關於量子糾纏的沒有經過任何可“重複的實驗”的理解。談談您的?

小二哥李白 回複 悄悄話 謝謝各位的留言和討論,各位的留言和討論都非常有意思!
雲本無心 回複 悄悄話 我們對時間的定義是基於宏觀經驗的。其實時間可能並不是一個獨立的維度。宏觀的時間是一個集合。在微觀世界裏,時間不存在了,它的組成部分卻顯現了。
久經沙場的槍 回複 悄悄話 我覺得J_man 說的挺好的,至少有關時間概念的描述是有新意的。
量子糾纏實驗的宏觀距離,潘建偉團隊也就做到5對,正在向7對進發。
想想宏觀的物體,哪個是由隻有五個七個量子組成的。
所以,在量子物理學家把量子現象搞清楚之前,我是不會放棄常識的。
回複 悄悄話 J_man 民科吧,1.貝爾不等式已經證明了沒有隱含變量;2.量子糾纏實驗的距離最大已經到了宏觀的尺度了。3.你可以任意的猜想世界是怎麽樣的,那是哲學家的事兒;作為物理學必須拿出可以重複的實驗來證明你的理論,否則在美妙的理論都是SXXX。愛因斯坦的相對論沒有到過炸藥獎就是這個原因。
J_man 回複 悄悄話 本人認為,愛因斯坦的直覺沒有錯。如果拋開因果律來看現實世界,那麽一切人類的邏輯和推理都將被打上問號,因為所以,因為所以,因為所以,這種推理方式都是因為我們對因果律的認同。人類的文明能走到今天研究量子論,也是因為我們一直認同因果律。

雖然家裏沒有購買對撞機來親自做實驗,但是本人對量子理論沒有異議。有異議的是部分科學家將量子論的觀點套用於宏觀世界。原因如下:
1,量子論的局限性是量子論產生於對微觀粒子的研究,目前為止得出的結論是亞原子世界的運行規律與宏觀世界不同。
2,量子論與相對論無法統一的原因主要是科學家們對粒子的研究還不到位。一,你看不清楚!所以你搞不清楚。二,你以為你都看清楚了!三,你看都看不清楚你就要將之套用於整個世界!
3,對於現實世界的一些基本問題,人類都沒有搞清楚。所以量子論與相對論的統一還有很長的路要走。
A,時間:有人認為不存在,隻是一種人類的幻覺,同時量子論也不需要時間的概念。我認為時間是萬物在三維網格狀的空間細微均勻的脈動,此脈動造就了萬物無時無刻不在發生的變化。亞原子粒子運動方式的不同有可能是其運行軌跡已經在網格的最基本單位,電子的躍遷就可能來源於此。脈動的原因有可能是宇宙大爆炸,也有可能是引力對此fabric的拉扯。
B,引力:萬有引力定律和G常數隻對太陽係的行星和地球上的大物體適用。對亞原子粒子是否適用不可知,對圍繞銀河係中心轉動恒星不適用。
C,暗物質和暗能量:由於無法對銀河係中運動的恒星軌道按照萬有引力進行自圓其說,所以科學家們引入了暗物質。由於無法解釋星係與星係間加速遠離,科學家們引入了暗能量。在我看來,如果真正了解了時間和引力,也許就不需要這兩個概念了。
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