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量子糾纏與超距作用

(2015-10-25 20:02:37) 下一個

最近好像量子糾纏很火爆。本人不是搞物理專業的可是對這個很敢興趣,簡單寫下自己的理解。這個問題有點繞,因為量子世界裏麵的一切規律和我們現實生活比起來真的是格格不入。

說到量子糾纏,要提到的必須是愛因斯坦。他老人家對量子學不是很認同,雖然他所得的諾貝爾獎也是和量子力學有關的話題。稍微扯遠點,在為什麽相對論沒有得諾貝爾獎金的問題上麵,諾貝爾委員會在這件事情上麵所做的完全是科學嚴謹的決定。這個獎金是對自然科學實驗實踐證實的,對人類進步有重大貢獻的成果予以獎勵。這大概也就是為什麽沒有數學獎的原因吧,數學嚴格的說不是自然科學。

回到話題,當年薛定諤發表了著名的薛定諤方程確立了量子力學基本框架以後,在物理學界引起了軒然大波。兩位科學家,Boris Podolsky 和 Nathan Rosen 發現了用薛定諤方程解粒子糾纏時候會違反定域法則的問題。這個問題比較深奧大家不必太糾纏,總之,兩人把結果給愛因斯坦過目後,1935三人共同在物理學回顧上發表了著名的文章,稱作EPR佯謬。當時是作為對量子力學不完備性的攻擊文章而發表的。而有意思的是,這個佯謬居然被證明了是正確的。所以反過來證明了愛因斯坦在這個問題上判斷失誤。

給大家舉個很簡單的例子,比如一個商店給你寄了一雙昂貴的手套,而且是左右手套分別包裝的。現在他們把其中一隻寄給在紐約的您。另一隻還在加州的工廠裏麵加工。您收到手套時候並不知道這是左手右手。您打開 了郵包發現是左手的。現在,您立刻(注意是立刻)可以判斷,加州那隻是右手的手套。這是這個佯謬的宏觀例子。

這個例子是有很大問題的。注意,雖然在您打開郵包前並不知道左右手但是其實包裏麵的手套已經確定是左手了,隻是您不知道而已。我們可以把這個信息稱這個為隱含變量,廠家是知道這個信息的。您做的其實隻是驗證而已,你打開郵包的過程即不能影響包裏的手套左右手情況也不能影響加州工廠裏麵另一隻手套的情況。

在量子理論裏麵最基本的和我們宏觀不同的一個情況是不確定性原理。現在薛定諤方程說,在打開量子力學包裹前,包裹裏麵的手套即是左手又是右手(!)這個手套處在一個非常模糊的狀態(!) 。您打開包裹的動作決定了手套的左右手(!)。對不起啊,不隻是您,連愛因斯坦都對這個無法接受。於是三位大牛人就發表了這麽個想象實驗來試圖駁倒量子力學。他們說好吧算你老薛狠, 你對了的話問題大了就。首先我們假定廠家就是上帝一樣的,當他們製造手套時候必須兩隻兩隻的造,一個左另一個必須是右。注意關鍵點來了,上帝肯定知道哪個包裹裏麵的手套是左手那個是右手。換句話說,一定有這麽個信息的,隻是我們不知道而已。 按老薛的公式,如果您在紐約發現手套是左手的,您打開包裹的過程決定了手套是左手還是右手的話,那麽加州的手套必須按照您的觀察做相應調整,變成相對的手套。這怎麽可能,這個信息怎麽才能傳過去啊,而且必須是瞬時的。按照愛因斯坦相對論,信息最快的傳遞就是光速了,瞬時是不可能的。 這裏爭論的關鍵是,那個關鍵的信息,也就是,在您打開包裹前,手套是不是早已經確定了的。量子力學說不是,那個手套就是一個很模糊的,左右都可能的狀態,而我們的經典理論說這簡直是天方夜譚,違背了常識所以,薛定諤的方程是不完備的,缺了很重要的變量!

1964, 一個叫做貝爾的物理學家設計了一個很精妙的實驗,居然可以證明那個隱藏的量,也就是說打開前是不是手套就已經決定了。當然這個實驗原理很複雜,做起來也很困難要很多的統計結果才能說明問題。

長話短說,貝爾實驗有很多實驗室進行過了,居然得出的結論是,量子力學是正確的!那隻量子手套,在您打開前確實是模糊的,左右都可以的!而您打開包裹的過程覺得了不僅僅是您包裹裏麵手套的左右手,同時也決定了加州工廠裏麵那隻手套的左右手。

這個實驗結論對物理學,對我們認識整個世界的影響真的難以估量。我們一隻說我們是唯物主義者,物質第一,意識第二,物質決定意識。可是量子力學居然說,您的觀察,覺得了這隻手套的左右手性質!換句話,您的意識對量子世界是有很大很大影響的!

世界真的太神奇了!

 

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閱讀 ()評論 (16)
評論
回複 悄悄話 回複 '沈成涵' 的評論 : 等退休了回大學再繼續修物理吧。:)
沈成涵 回複 悄悄話 回複 '銥' 的評論 :

----你所介紹的這些我都認同,但我還是認為與觀測者的意識無直接關係。量子力學還處於新生並逐漸豐滿和繁榮的階段,還沒有最終確立完美且完整地自身構架,還需人們繼續探索和完善。
回複 悄悄話 回複 'yinggai' 的評論 :
佛學博大精深,也許早就有過預測。您能詳細些說說嗎?
回複 悄悄話 回複 '沈成涵' 的評論 :

這裏的論點是:您測量的儀器(包括光子)本身也是有波函數的,具有不確定性。所以當隻有用儀器測量時候,係統的波函數並沒有坍縮,直到觀測者本人的意識也加入到測量裏麵時候一切才突然確定下來。

給您摘錄一段量子力學史話:

馮·諾伊曼敏銳地指出,我們用於測量目標的那些儀器本身也是由不確定的粒子所組成
的,它們自己也擁有自己的波函數。當我們用儀器去“觀測”的時候,這隻會把儀器本身也卷
入到這個模糊疊加態中間去。怎麽說呢,假如我們想測量一個電子是通過了左邊還是右邊的
狹縫,我們用一台儀器去測量,並用指針搖擺的方向來報告這一結果。但是,令人哭笑不得
的是,因為這台儀器本身也有自己的波函數,如果我們不“觀測”這台儀器本身,它的波函數
便也陷入一種模糊的疊加態中!諾伊曼的數學模型顯示,當儀器測量電子後,電子的波函數
坍縮了不假,但左/右的疊加隻是被轉移到了儀器那裏而已。現在是我們的儀器處於指針指
向左還是右的疊加狀態了!假如我們再用儀器 B 去測量那台儀器 A,好,現在 A 的波函數又
坍縮了,它的狀態變成確定,可是 B 又陷入模糊不定中……總而言之,當我們用儀器去測量
儀器,這整個鏈條的最後一台儀器總是處在不確定狀態中,這叫做“無限後退”(infinite
regression)。從另一個角度看,假如我們把用於測量的儀器也加入到整個係統中去,這個
大係統的波函數從未徹底坍縮過!
yinggai 回複 悄悄話 佛經裏早就說額
沈成涵 回複 悄悄話 “如果你不對世界產生影響那怎麽才能做測量呢?”

----所以最直接改變世界的還是物質而不是意識。
jiewang 回複 悄悄話 This is better one
http://www.ximalaya.com/24458223/album/373573
jiewang 回複 悄悄話 【有聲書】量子物理史話-上帝擲骰子嗎
http://www.ximalaya.com/29182769/album/2715903
回複 悄悄話 回複 '沈成涵' 的評論 : 您說的這個好像已經涉及到哲學範疇了,不是很了解。好像問題關鍵是,如果你不對世界產生影響那怎麽才能做測量呢?再好的理論如果沒有實驗結果支持,在物理裏麵隻能算一種假說吧。。。
沈成涵 回複 悄悄話 回複 '銥' 的評論 : 感謝你的推薦。但是一個不施加任何物質影響的觀測者是不會改變什麽的,即便是你信奉某種增強版的“人擇原理”(anthropic principle)。
回複 悄悄話 回複 '沈成涵' 的評論 : 有個科普讀物“量子力學史話”,裏麵提到一個有趣的問題就是,我們的意識是不是決定了物理世界的現實。您有興趣的話可以下載看看。
回複 悄悄話 回複 '覓音' 的評論 : 這隻是對EPR佯謬的一個通俗的解釋。原文的標題是,“量子力學對物理現實的描述是完備的嗎”,因為薛定諤方程違背了定域原則,因而是不完備的,和幾個變量沒關係。。。舉兩個變量是因為它簡單而已。
覓音 回複 悄悄話 打個比方。在十字路口一方看到綠燈或黃燈時。他知道兩邊一定是紅燈。可是他看到紅燈時卻不知道兩邊是綠燈還是黃燈。所以量子糾纏與超距作用無法用於有三種狀態的情況下。
沈成涵 回複 悄悄話 “換句話,您的意識對量子世界是有很大很大影響的!”----影響很大,但還是“物質決定意識”,而不是已經變成“意識決定物質”了。因為觀測不是純意識行為,對被觀測物質是有物質影響的。
舌尖上的世界 回複 悄悄話 這跟'意識'、'幽靈'沒有幹係。經典物理隻是強迫'觀察者'被從係統中剝離出來,但事實上那隻是為'認識'世界所(不得不)作的一個簡化。你必須從經典物理的框架中掙脫出來,重新思考。
我是幹枯的胡楊^_^ 回複 悄悄話 幽靈,心靈感應等等是存在的。
等進一步的發現。
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