我理解的量子纠缠的关键点



现在大众说到量子纠缠,确实是不求甚解。他们说:两个粒子相隔甚远,光信息根本还传不到的时候,你测量一个粒子的(自旋)状态,就知道了另一个粒子的(自旋)状态。他们说这很神奇,莫非有信息超光速地从这个粒子传到了另一个粒子?

但是问题是,假如我们知道这两个粒子的状态不一样(自旋方向相反),测到一个,当然也就知道了另一个,这不需要什么超光速的信息传递。就好像两个人把玉玺分成两半,每人各拿一半,远走他乡。你看到任何一半,当然也就知道另一个人拿了另一半。

问题的关键,还是在于两个粒子自旋方向的随机性。就是说,我们虽然知道两个粒子的自旋方向相反,但每个粒子的自旋方向,粒子自己都不知道,因为尚未固定,正负皆有可能,这时候,确定一个,另一个却能知道,而“选择”取正好相反的自旋,这就是“怪事”(“Spooky Action”)了,它怎么知道要取不同的方向呢?相当于说,两个人各拿了一半玉玺,但是每个人拿的不是固定的某一半,不是不知道但已经固定,而是确实可能是这半,也可能是那一半,两个一半的玉玺有灵性,有脾气,在一个人的手里,一会是这半,一会是那半,但总是相反,搞得那两个人也不知自己拿的是哪一半。

所以,量子纠缠的问题不是相隔太远,光速传播信息不可能到达,而还是在于:1)为什么一个粒子是既可能是这个,也可能是那个;2)为什么两个总是不同方向。前一个问题还是量子力学的根本问题,既:可以是这个,也可以是这个,即所说的“叠加”。第二个问题,与泡利不相容原理有关。

这两个问题,既然是量子力学的根本,与叠加有关,也就一定会是测不准原理的问题。

(进而,是“realistic”还是“anti-realistic"的问题。)

换句话说,量子纠缠的最大看点并不是在这两个粒子分离之后,相距遥远时被测量,戏法般亮相的时刻,而是每时每刻,尤其是一开始。让我们看看它们在一起时是什么情况:这两个粒子在一起的时候,如果我们把它们看成一个系统,这个系统有自己成对的协变量,也要满足测不准原理。其中有一对,这一对中的一个,就是它们自旋的角动量之和,按照泡利不相容原理,两个自旋方向必需是0,因而是确定的。与这个确定的量对应的协变量是什么呢?我们不去管它,可以想象是某个粒子的自旋。按照测不准原理,两个粒子自旋的和是0,即正好相反,是确定的,那么每个粒子本身的自旋方向就是(极端)不确定的。所以,是因为泡利不相容原理,和测不准原理,才有了后来的纠缠效应,即Spooky Action。


因此,这也让我更加相信我自己一直有的感觉(Hunch),“Pauli不相容原理与量子纠缠差不多”。两个粒子如果不是瞬间传递信息,怎么知道相容还是不相容呢!一般对泡利不相容原理的解释,都是什么基于波函数理论的,但这样的解释都是”事后“的。也就是说,假设两个电子已经在一个轨道上,按理论来说它们的自旋必须相反。但是我关心的是过程:假设一个较低轨道里有一个电子,然后,从一个较高轨道掉下来另一个电子。这后来的电子的自旋需要与之前的不同。是它在掉下来的路上与低轨道上那个电子瞬间商量达成的吗? (我想这个一定与相对论里时间的相对性有关,也一定与Roger Penrose的量子引力有关。)
如果是在波姆力学里,我想就没有这种意义上的量子纠缠了。那里,真就像玉玺割了一半,看见一半,马上知道另一半是什么,跟光速不光速无关。我们在测量一个粒子的自旋时,确实不知道它的自旋方向,但这是因为我们一开始就不知道。这个概率,波姆力学和波尔薛定谔波恩力学没什么区别,但意义不同。但问题是,在波姆力学里,我们同样对粒子或系统的起始分布是无知的,这似乎是把测不准原理从测量前的一瞬间,前移到之前的某个时间,结果并没有什么不同。既然如此,到底是波姆力学,还是“主流”量子力学,没什么区别。而且,波姆力学也造成其他类似量子纠缠的东西。


关于量子力学的现实与反现实的争论似乎是笛卡尔的二元论与斯宾诺莎一元论之间的争论的翻版。按笛卡尔的说法,灵魂是独立于物质的,灵魂是如何控制身体的呢,他只能说是脑子里某个腺体在控制身体。在斯宾诺莎的一元论里,物质与精神同时存在同时消亡。一元论基本上是已经战胜了二元论,但谁知道呢,没准哪一天,人工智能的发展会对这个结论有所改变呢。无论如何,一元论的说法是最简洁的,是符合奧卡姆剃刀规律的,上帝肯定是取最简洁的。(爱因斯坦不愧是上帝第一使徒。他说过:最简,但不能更简)。这个“正统”的量子力学,不论多么不“realistic”,还是最简的。因此,爱因斯坦虽然想到了德布罗伊-波姆的导航波,还是忍住了,没有自己提出。他确实是大师的大师。


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