波尔对量子纠缠的解释已经被实验证明几十年了,而且还不只一次实验,每次实验都是大新闻。
这玩意也早就写在量子力学教科书里了,没想到现在居然还能成新闻。
我在欧洲读硕士期间,物理系的惠更斯楼就在我们系隔壁。
那里每周都会有来自世界各地的物理学大教授做公开讲座,正好我当时也对量子场论、超弦这些玩意感兴趣,于是一次不落地去听了所有相关讲座。
然而,以我的资质愚钝,再大的教授也没能把我讲明白,反而是越讲越迷糊。
不过也并非全无用处,至少他们勾起了我更浓厚的兴趣,于是我申请去听了一学期的量子力学课。
关于量子纠缠这件事,我还专门请教过任课教授。
所谓量子纠缠,大体意思是说,假设一个零自旋中性π介子衰变成一个电子与一个正电子。
电子和正电子的运动速度大小相等,方向相反。
当它们远离后,我们观测电子的自旋方向,此时电子的叠加态随之坍塌,随机得到一个自旋方向,假如是上旋。
那么与此“同时”,正电子也会出现坍塌,我们将观测到其自旋方向为下旋。
不管电子与正电子相距多远,当一个出现坍塌时,另一个总是“同时”出现坍塌,并且总是符合总自旋为0,也就是总自旋跟衰变前保持一致。
当然了,严格意义上说,“同时”需要打引号,由于技术原因,实验还无法做到真正的同时观测,中间总还会存在时间上的微小差异。
但是,通过将两个粒子拉得足够远,并且让观测时间差异足够小,我们可以计算出两个粒子间“信息传递速度下限”,这个下限至少是光速的10000倍。
因为这个看似超光速的信息传递速度,爱因斯坦死活不承认这玩意,并提出了EPR佯谬,说这量子纠缠是“幽灵般的超距作用”。
他举例说,两个粒子就像一双鞋,装进不同的盒子,送给不同地点的两个人。
当其中一个打开盒子发现是左脚的同时,那么另一个人就知道自己盒子里装着右脚。
波尔同样用鞋子举例,只不过他说放在盒子里的鞋在打开盒子之前始终是在变化的,有可能变成左脚,也有可能变成右脚,这叫叠加态。
只有当你打开盒子的同时,叠加态坍塌,才会最终定格到一只脚。
这种说法爱因斯坦死活不能接受,即便量子力学方程预示着同样的结论,爱因斯坦也认为那时量子力学有问题,应该是有某种未知因素还未被发现,因此理论看起来如此荒谬。
至于未知因素是什么,他也不知道,于是就叫它“隐变量”。
更好笑的是,薛定谔看到EPR佯谬的文章之后深表赞同,给爱因斯坦写了封信大加赞同,信中第一次出现了“量子纠缠”这个词。
可惜,薛定谔一辈子跟量子力学作斗争,一再被打脸,从薛定谔的猫,到量子纠缠,以至于最后被誉为“最不懂薛定谔方程的人”
不过被打脸的还不止薛定谔,贝尔被打得更严重。
为了支持爱因斯坦,他构造了“贝尔不等式”用以证明爱因斯坦对量子纠缠的理解。
后来的事大家也知道了,实验做出来,恰恰证明了波尔的解释——并不存在什么隐变量,鞋子在盒子里就是“变化”的。
不过这么重要的实验已经做出来几十年了,没想到现在才获奖。
而且这个实验不止做过一次,而是做过好多次,最近一次为了全民科普,还发动网民参与贡献随机数,结论早就是共识了。
另外,只要不确定原理成立,那么量子纠缠就必须是波尔的解释,否则对于纠缠的粒子对,观测其中一个的位置,观测另一个的动量,不就可以同时知道二者的位置和动量了嘛。
很多人的纠结其实跟爱因斯坦一样,就是那个“幽灵般的超距作用”为啥可以超光速?
其实对“超光速”这件事爱因斯坦自己也有疏漏,就像薛定谔不懂薛定谔方程,洛伦兹不懂洛伦兹变换一样,爱因斯坦也不能说自己完全“懂”狭义相对论。
如果谁写出方程谁就“懂”了,那狭义相对论应该属于给出洛伦兹变换的洛伦兹。
爱因斯坦当然比洛伦兹更懂洛伦兹变换,他给出了“局域物体速度不超过真空中的光速”这个假设。
可这个“物体”就很模糊,究竟什么是物体?
后来人们逐渐又把物体的定义进一步细化为“传递有效信息”,于是违背狭义相对论的“超光速”现象就迎刃而解了。
例如纠缠量子对因为处于叠加态,在观测前谁都不知道自旋状态,因此观测后它们之间传递的也只是“随机乱码”。
那么能不能通过“是否坍塌”传递有效信息呢?
恐怕也不行,因为在你观测前并不知道是否坍塌,而在观测后又无法知道是否是因为自己的观测引起的坍塌,所以仍然无法传递有效信息。
那么量子纠缠的超距作用就没有违反狭义相对论。
我在上量子力学课的时候,贝尔不等式实验已经做完很多年了,因此大家对量子纠现象已经没有什么疑问。
我的疑问是,既然纠缠的粒子始终处于叠加态,你是怎么知道人家“分离”了呢?
如果π介子本身就是电子与正电子两个概率波的叠加,而衰变只是把那两个波“拉长”了呢?
当然这种拉长并不是在三维空间的拉长,可能是在更高维空间的“拉长”,映射在三维空间表现为了距离。
既然只是拉长,那么坍塌当然还是同时坍塌呗,因为其实就是一个波嘛。
至于“高维空间”,既然广义相对论的引力场方程左边本身就是“时空曲率”,既然时空可以弯曲,难不不正说明存在更高维度吗?
况且波函数里引入了虚数i,为什么不能给他一个高维空间的物理解释呢?
教授的回答是,你的思考值得鼓励,有兴趣可以去研究下超弦理论……但目前超弦理论没有实验支持,你也就只能想一想,研究下去就不是物理范畴,而是数学了。
反正收藏你也不看,点个赞意思下得了……