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报码:【j2开奖】温伯格:深究颠覆量子力学 | 众妙之门(5)

时间:2016-11-24 12:55来源:本港台直播 作者:j2开奖直播 点击:
将波函数看做现实带来了另一个问题,那就是量子纠缠。直觉上,我们思考现实的方式都是局域性的。也就是说,我描述我的实验室发生了什么,你描述你

  将波函数看做现实带来了另一个问题,那就是量子纠缠。直觉上,我们思考现实的方式都是局域性的。也就是说,我描述我的实验室发生了什么,你描述你的实验室里发生了什么,但我们不同时讨论两个实验室各自发生了什么。但是在量子力学中,可能存在这样一对电子,它们的总自旋为零,其波函数包含两项,其中一项电子A自旋为正,电子B自旋为负;另一项是电子A自旋为负,电子B自旋为正。你不能单独讨论其中的一个电子,要想描述这个系统只能同时描述两个电子。哪怕当这两个电子之间的距离越来越远,远到无穷大,这种情况仍然可以继续。这被称为“量子纠缠”,两个电子永久地纠缠在一起,即使它们没有明显的物理联系。爱因斯坦在1935年与波多尔斯基(Podolsky)和罗森(Rosen)发表的文章中就对量子力学的这一现象表示了震惊。但纠缠是真实存在的。实验室中就可以制备纠缠态,而且能以量子力学描述的方式运作。如此非局域的事物竟然是真的,真让人费解。那我们该怎么办呢?

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  爱因斯坦、波多尔斯基和罗森

  量子力学在计算方面是非常实用的。在如何运用量子力学的问题上并不存在什么争论,物理学家都用同样的方式使用量子力学,而且计算的确有效。也许我上面提到的这些问题都只是语言的问题,跟量子力学本身无关。一些现代哲学观点认为,最“哲学”的问题都是跟我们所运用的语言相关的问题。导师常用这种观点来指导抱怨量子力学的研究生:闭上嘴,只管算(“Shut up and calculate”)

  「量子力学或许只是个近似。」

  另一方面,量子力学所存在的问题可能给我们指示了一个新的方向:把量子力学推广到更大的范围中去。例如,量子力学也许只是个近似,在微观世界(比如原子)的范畴中这个近似很好,但对于宏观事物就很难说了。因为在宏观世界,物体总是与环境发生作用,也就总有干扰。但是,如果你能隔离出来一个不受干扰的宏观系统,你可能会发现它并不服从量子力学的规律。事实上,当你进行测量时,即使没有外部环境,只有你和电子,电子的波函数也会坍缩到正或负的自旋。或许所有的多重历史都会坍缩到一个平均的单一历史,这样我们就不必再担心那么多。

  有一个想法就是试图建立这样一个理论,让某些更为基本的原则来导出玻恩法则,而这些原则在本质上是概率的,或者至少一部分是概率的。自然规律本质上就是概率的,这在宏观系统中很难看到,因为宏观系统总是受到外界干扰。但这就是事实,这就是为什么我们总绕不开概率的原因。构造这样一个“广义量子力学”理论非常困难,我们无法从实验得到任何帮助,因为目前为止所有实验都符合量子力学。但让人惊讶的是,我们从一些关于概率以及概率如何演变的一般原则中得到了一些帮助,这些基本原则帮助我们限制了可能存在的理论的种类。显然,概率必须是正数,而且概率的总和应该是100%。

  而且我在前面提到的纠缠系统也对这类理论提出了要求,它要求无论你在纠缠系统的一端做什么,都不能瞬时把信号传送到遥远的另一端,因为狭义相对论不允许物质和信息的速度超过光速。这些条件可是很难满足的,而当你试图满足所有的条件时,你会发现概率随时间的变化必须用林德布拉德方程(Lindblad equation)描述,这个方程最初提出是为了处理环境对系统的影响,但实际上,这些条件的限制足够多,因此当你推广量子力学,你会再次遇到林德布拉德方程。林德布拉德方程可以看作是普通量子力学中薛定谔方程的推广,但它包含了一些新元素。这些新元素可能很小,这就是为什么现今条件下量子力学仍然可以很好地描述自然,但它在根本上已经与量子力学分道扬镳。

  这在理论物理学界之外几乎不为人所知。1986年,意大利的里雅斯特大学(University of Trieste,“的里雅斯特”是个地名)的物理学家吉拉尔迪(Ghirardi)、里米尼(Rimini)和韦伯(Weber)发表了一篇有趣的物理学论文,试图在林德布拉德方程的基础上构造量子力学的推广理论,在那之后,大量类似的文献有如井喷。

(责任编辑:本港台直播)
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