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和顏清心的博客 |
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(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。
在思想實驗中,愛因斯坦
設想有一個不穩定粒子,
衰變成2個小粒子(A和B),
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與粒子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:
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和動量。
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。
這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,
這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,
A和B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,愛麗絲和鮑勃對“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,
而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。
未完待續。謝謝。
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