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669、愛因斯坦的思想實驗 相距幾萬光年仍能心心相印 2018-11-16 10:08:41

觀音2018-11-15.jpg
























4)愛因斯坦


用一個‘測量粒子位置和動量’的


思想實驗來說明量子力學是不完備的

 


愛因斯坦等人設計了


一個測量雙粒子位置和動量的思想實驗



EPR5.jpg







在思想實驗中,愛因斯坦


設想有一個不穩定粒子


衰變2個小粒子(AB),


2個小粒子,各自向相反方向跑去。


假設準確測量出粒子A的位置,


則由於粒子A粒子B之間相隔很遠,


測量粒子A不會攪擾到粒子B


於是粒子B的位置就有可能準確地預測出來,


類似地,假設準確測量出粒子A的動量,


則由於測量粒子A不會攪擾到粒子B


粒子B的動量也可以準確地預測出來。


E P R論文,


認為粒子都是物理實在性要素,


都能分別測量相隔遙遠的2個粒子的


準確位置和動量。


結論是E P R認為,


量子力學不滿足理論上的定域性和實在性原則,


所以量子力學是有缺欠和不完善的。


雖然數學計算和實驗結果,


能證實量子力學的種種預言


但愛因斯坦仍然認為,


量子力學的物理基礎不完備。



3、“E P R思想實驗”簡化版本

 

                                         --粒子自旋版本

 

如前述,E P R原文所舉思想實驗,


是關於一個雙粒子位置和動量的實驗,


或許是因為這個例子有些抽象,


並且它的數學表述十分繁複。


所以,在1951年,經美國的玻姆


把E P R原文所舉的思想實驗,


簡化為‘粒子自旋版本’。


這是因為粒子沿磁場軸自旋,


是可以用特定儀器測量出來。


所以,後來人們對“E P R”問題的討論,


也比較喜歡用玻姆的簡化版本。


波姆改用粒子自旋來描述原來論文的意思,



 

如下面 2 幅圖所示:





EPR6.jpg

 



EPR7.jpg





這個版本測量的是粒子沿着特定軸的自旋


而不需要測量其位置動量



假設一個π介子


介子是由一個‘夸克’


   和一個‘反夸克’組成的複合粒子),


衰變成一個電子與一個正電子


2個經過衰變的粒子,


各自向着相反方向飛離:


1)“電子”飛離到區域A


在那裡的觀察者(叫“愛麗絲”),


她會觀測到電子沿着某特定軸在自旋;


2)“正電子”飛離到區域B


  在那裡的觀察者(叫“鮑勃”),


  鮑勃會觀測到“正電子”的相關性質。

 

為遵守“動量守恆”規律 ,


這兩個粒子,會保持自旋相反的關係,即:


A區域的粒子自旋向上,


B區域的粒子自旋就必定向下;反之亦然。


於是可以說,


這兩個粒子構成了粒子的“糾纏態”。


根據某種守恆定律,


2個粒子永遠是“左、右”相互關聯的。


以上是介紹波姆的粒子自旋版本。

 

下面是兩派觀點對粒子自旋版本的討論

 

1)量子論認為,只要不去探測,


每個粒子旋轉的方向是不確定的:


處在一種或左、或右的“疊加混合態”。


但是,只要去探測,


A、     B的“疊加態”,便會在一瞬間坍縮了,



比如說,A隨機地選擇“左”旋,


因為守恆,B就必定會“右”旋。


於是,問題就來了:


這就是,在被觀測的瞬間,


AB已相隔遙遠了,


譬如說,已相隔“幾萬光年”了


【光年,指光在一年飛跑的距離,約94000億公里】,


即便如此,它們也能心心相通,


做到及時互通信息,


使得B,能夠知道A在那一瞬的狀態。


(它們怎麼能做到及時互通信息


使得B,能夠知道A在那一瞬的狀態呢?)


2)另一派,愛因斯坦說,


除非有超距瞬時信號(心靈感應等)


來往於兩個粒子之間?!


但是,這種超距的(巫術般的)作用,


是違背經典物理和違背相對論原則的,


因之,EPR作者得出結論:


波爾等人對量子論的解釋是不完備的。

 

通過以上介紹,我們看到,


E P R對實在性的理解是:


如果兩個對象之間,不加上物理的力,


那麼,在一個對象上發生的事,


是不可能‘干擾’另一個的。


比如,愛麗絲鮑勃對“粒子”的觀察:


愛麗絲不可能以光速飛向鮑勃的粒子,


即愛麗絲不可能對鮑勃王國的事施加物理影響!


在愛因斯坦看來,物理對象的“實在性”


是具有“可分離性”的(也就是具有“定域性”:


作用力或信息的傳遞不能超過光速)。


物理學家知道,A和B 都有50%的概率自旋向上,


或者有50%的概率自旋向下,


一旦對粒子A實施觀測,發現它自旋向上,


那麼,粒子B就應是自旋向下。


信奉經典物理學的人就會問:


B怎麼知道它應該自旋向下呢?


自從衰變那刻起,


它們在時空已相距遙遠了啊?


兩物之間的相互作用或信息聯繫,


至少需要1秒鐘,在這1秒內,


A作為一枚量子,已自旋向上了,


B於此瞬間,還不知怎麼行動呢!

 

E P R作者認為,


如果按照玻爾的說法,


觀測不僅決定A粒子的狀態,


還必須決定B粒子的狀態,


那麼就說明在兩個粒子間,會建立某種聯繫


(某種不需要時間的幽靈般的超距作用),


這也就違反了定域性、實在論以及相對論原則了。


就是說,E P R論文認為,


玻爾不承認‘觀測’與‘對象’的可分離性,


否認物理個體的可分離性,


就是否認物理對象的實在性。


如果退一步說,認為量子力學是完備的,


那麼人們就得被迫承認,


對A的測量可以影響到B的狀態,


這就會導致承認幽靈般的超距作用,


而這是違背相對論原則的。


相對論認為


能量或信息傳遞的速度不能超過光速。







古25.jpg






















未完待續。謝謝。








 


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作者:秋念11 留言時間:2018-11-16 12:18:45

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