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和颜清心的博客 |
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| 669、爱因斯坦的思想实验 相距几万光年仍能心心相印 |
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(4)爱因斯坦
用一个‘测量粒子位置和动量’的
思想实验来说明量子力学是不完备的
爱因斯坦等人设计了
一个测量双粒子位置和动量的思想实验。
在思想实验中,爱因斯坦
设想有一个不稳定粒子,
衰变成2个小粒子(A和B),
2个小粒子,各自向相反方向跑去。
假设准确测量出粒子A的位置,
则由于粒子A与粒子B之间相隔很远,
测量粒子A不会搅扰到粒子B,
于是粒子B的位置就有可能准确地预测出来,
类似地,假设准确测量出粒子A的动量,
则由于测量粒子A不会搅扰到粒子B,
粒子B的动量也可以准确地预测出来。
E P R论文,
认为粒子都是物理实在性要素,
都能分别测量相隔遥远的2个粒子的
准确位置和动量。
结论是E P R认为,
量子力学不满足理论上的定域性和实在性原则,
所以量子力学是有缺欠和不完善的。
虽然数学计算和实验结果,
能证实量子力学的种种预言,
但爱因斯坦仍然认为,
量子力学的物理基础不完备。
3、“E P R思想实验”简化版本 --粒子自旋版本 如前述,E P R原文所举思想实验,
是关于一个双粒子位置和动量的实验,
或许是因为这个例子有些抽象,
并且它的数学表述十分繁复。
所以,在1951年,经美国的玻姆
把E P R原文所举的思想实验,
简化为‘粒子自旋版本’。
这是因为粒子沿磁场轴自旋,
是可以用特定仪器测量出来。
所以,后来人们对“E P R”问题的讨论,
也比较喜欢用玻姆的简化版本。
波姆改用粒子自旋来描述原来论文的意思,
如下面 2 幅图所示:
这个版本测量的是粒子沿着特定轴的自旋,
而不需要测量其位置和动量。
假设一个π介子
(介子是由一个‘夸克’
和一个‘反夸克’组成的复合粒子),
衰变成一个电子与一个正电子。
这2个经过衰变的粒子,
各自向着相反方向飞离:
(1)“电子”飞离到区域A,
在那里的观察者(叫“爱丽丝”),
她会观测到电子沿着某特定轴在自旋;
(2)“正电子”飞离到区域B,
在那里的观察者(叫“鲍勃”),
鲍勃会观测到“正电子”的相关性质。 为遵守“动量守恒”规律 ,
这两个粒子,会保持自旋相反的关系,即:
A区域的粒子自旋向上,
B区域的粒子自旋就必定向下;反之亦然。
于是可以说,
这两个粒子构成了粒子的“纠缠态”。
根据某种守恒定律,
这2个粒子永远是“左、右”相互关联的。
以上是介绍波姆的粒子自旋版本。 下面是两派观点对粒子自旋版本的讨论: (1)量子论认为,只要不去探测,
每个粒子旋转的方向是不确定的:
处在一种或左、或右的“叠加混合态”。
但是,只要去探测,
A、 B的“叠加态”,便会在一瞬间坍缩了,
比如说,A随机地选择“左”旋,
因为守恒,B就必定会“右”旋。
于是,问题就来了:
这就是,在被观测的瞬间,
A和B已相隔遥远了,
譬如说,已相隔“几万光年”了
【光年,指光在一年飞跑的距离,约94000亿公里】,
即便如此,它们也能心心相通,
做到及时互通信息,
使得B,能够知道A在那一瞬的状态。
(它们怎么能做到及时互通信息
使得B,能够知道A在那一瞬的状态呢?)
(2)另一派,爱因斯坦说,
除非有超距瞬时信号(心灵感应等)
来往于两个粒子之间?!
但是,这种超距的(巫术般的)作用,
是违背经典物理和违背相对论原则的,
因之,EPR作者得出结论:
波尔等人对量子论的解释是不完备的。 通过以上介绍,我们看到,
E P R对实在性的理解是:
如果两个对象之间,不加上物理的力,
那么,在一个对象上发生的事,
是不可能‘干扰’另一个的。
比如,爱丽丝和鲍勃对“粒子”的观察:
爱丽丝不可能以光速飞向鲍勃的粒子,
即爱丽丝不可能对鲍勃王国的事施加物理影响!
在爱因斯坦看来,物理对象的“实在性”
是具有“可分离性”的(也就是具有“定域性”:
作用力或信息的传递不能超过光速)。
物理学家知道,A和B 都有50%的概率自旋向上,
或者有50%的概率自旋向下,
一旦对粒子A实施观测,发现它自旋向上,
那么,粒子B就应是自旋向下。
信奉经典物理学的人就会问:
B怎么知道它应该自旋向下呢?
自从衰变那刻起,
它们在时空已相距遥远了啊?
两物之间的相互作用或信息联系,
至少需要1秒钟,在这1秒内,
A作为一枚量子,已自旋向上了,
而B于此瞬间,还不知怎么行动呢! E P R作者认为,
如果按照玻尔的说法,
观测不仅决定A粒子的状态,
还必须决定B粒子的状态,
那么就说明在两个粒子间,会建立某种联系
(某种不需要时间的幽灵般的超距作用),
这也就违反了定域性、实在论以及相对论原则了。
就是说,E P R论文认为,
玻尔不承认‘观测’与‘对象’的可分离性,
否认物理个体的可分离性,
就是否认物理对象的实在性。
如果退一步说,认为量子力学是完备的,
那么人们就得被迫承认,
对A的测量可以影响到B的状态,
这就会导致承认幽灵般的超距作用,
而这是违背相对论原则的。
相对论认为,
能量或信息传递的速度不能超过光速。
未完待续。谢谢。
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