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透析量子力学:揭示非爱因斯坦期望的命运

时间:2024-06-07 百科知识 版权反馈
【摘要】:爱因斯坦、玻多耳斯基、罗森,特别是爱因斯坦依然坚持,因为瞬时的物理感应力完全超出了范围,所以只能是标准的量子力学有错误。比光快的感应力并非不必要,正像爱因斯坦一直期待的那样,隐变量理论导致需要这种感应力出现。

透析量子力学:揭示非爱因斯坦期望的命运

35.全然非爱因斯坦所盼

在玻姆的隐变量理论中有一量子势,它在EPR实验中的两个电子之间明显提供一个瞬时关联。这正是贝耳定理无效的原因。但是正如贝耳曾经说过的那样,爱因斯坦将对他的“解答”鼓掌,因为超距作用恰是他所反对的东西。事实上,贝耳定理以及关于它如何能被避免的伴随争论彻底改变了EPR建议的原初逻辑。

当爱因斯坦、玻多耳斯基和罗森最初系统地阐述他们的论证时,在他们心中居首要地位的似乎是憎恶量子力学的概率性。他们这样开始,如果你接受在测量被进行之前测量结果是真正不确定的,那么不同结果的概率陈述就是你所能希望的最大限度。但如果确是这样,那么EPR证明,当你对两个远隔而又相关的粒子(如总自旋和为零的两个电子情况)进行测量时,你也必须接受有某种感应力瞬间地从一个测量装置传递到另一个测量装置,以确保这一对的测量是正确的。如果一个电子被测量是“朝上”的,那么必有某种东西告知另一个电子位“朝下”,并且那某些东西必须即刻地从第一个电子到达第二个电子。

爱因斯坦、玻多耳斯基、罗森,特别是爱因斯坦依然坚持,因为瞬时的物理感应力完全超出了范围,所以只能是标准的量子力学有错误。EPR希望某种隐变量理论会拯救它,在EPR实验中要求出现比光还快的信号,如推理所判定的那样,因为单个测量的概率性质;但如果测量不是概率的而是先定的,也就不需要任何瞬时的信号,因为两个电子自旋的测量结果不知怎么一开始就是先定的。隐变量将提供那个先定。简言之,供应一个作业的隐变量理论,你根本不需要一个令人不愉快的比光还快的信号。

应充分强调的是,贝耳定理和阿斯比实验彻底毁了这种逻辑。只要我们考虑最简单类型的EPR实验,在这个实验中你测量两个电子朝上或朝下的自旋,那么一个测量完全由另一个测量决定,并且隐变量似乎会排除对瞬时信号的任何需要。但是你一开始考虑在彼此成某个角度下的自旋测量,以致一个自旋测量会影响但还不完全决定另一个,认为隐变量的存在能回避对瞬时信号的需要就不再是那么容易。

贝耳定理的训诫在于理解EPR实验,你必须接受某种非局域影响。贝耳定理的系统陈述显然允许隐变量的可能性,两个粒子在离开产生它们的装置的时刻被赋予了这种可能性。但是,如果隐变量是两个粒子的测量结果之间相关的唯一的来源,贝耳定理适用,并且因为这定理不为阿斯比的实验结果服从,那么隐变量理论的任何这样的翻版都不能是适合需要的。你仍然需要某种“非局域性”——即两个远隔粒子之间的某种瞬时物理关联。

在玻姆的量子势中,非局域性是明确的。尽管在哥本哈根解释中两个粒子,直到第一个测量完成时刻,必须当做一个单一的、相干的量子系统,但在这种陈述中非局域性仍然是含糊的。比光快的感应力并非不必要,正像爱因斯坦一直期待的那样,隐变量理论导致需要这种感应力出现。

另外,对于爱因斯坦来说,接受下述观点似乎并非十分愉快:隐匿在玻姆理论中的确定论最终必定产生这样一种效果,好像它们是纯概率的结果,因为阿斯比之类的实验与量子力学的预言完全一致。如果理论本质上存在确定论,那么它必须隐匿起来,以致你绝不相信它存在。(www.xing528.com)

贝耳定理所成就的是两个争端——概率性和非局限性——之间的一个分离,爱因斯坦一直认为它们是纠缠在一起而解不开的。阿斯比的结果证明非局限性是自然界的本分,与量子力学没有任何关系,至于对理论的正确理解应该是概率的还是确定论的(玻尔还是玻姆),结果是什么也没说。各种翻版工作以及诸多的努力与分析毕竟都做了,但我们仍然没有定量的、经验的理由喜欢这个还是那个。

或许你正逐渐变得有点急躁。虽然我们已经穿过你能回避贝耳定理的道路,但我们还未曾真正地考虑这样的问题:量子力学达到阿斯比之类的EPR实验支持的答案是怎么一回事。技术上,量子力学方程预言所有可能结果(四个斯特恩—革拉赫磁铁的A、B、C和D)之间的关联,它比贝耳定理的许可值大,理由在于,尽可能简单地说,我们必须把配对的电子看做直到测量被完成构成一个单一、相干的量子系统,而不是那种由于共同起源而有一个共同的性质的分离的粒子。

或者更确切地说,如果我们的兴趣在自旋测量方面,那么我们必须认为电子对构成一个单一的量子系统;然而如果我们正在做的一切都是沿着离开产生它们的装置而穿过实验的路径,那么我们可以把它们看做正在各走各自的路的分离客体。这大体上类似于光子和双缝实验,如果我们的兴趣在干涉图样,它行为得完全像一个单一的量子系统,然而如果我们代之以选择测量干涉图样就二分成这个缝或那个缝。

由于采用哥本哈根的观点,我们以断言电子是不具有相关性的独立粒子回避贝耳定理,以致贝耳的整个论证——关于在一个探测器上所进行的测量不影响在另一个探测器上的测量,也就变成离题的;仅当测量被完成时,我们才被允许把电子自旋看做什么独立的本体,以致求解同电子自旋有关的信息能否由每个电子携带之类的问题,成为物理上没有意义的。

这意味着,更直率地说,你将没有什么必要担心,粒子在离开它们共同的源之后到达斯特恩—革拉赫磁铁之前的期间里,它伴随电子自旋所发生的事情。总之,在与玻尔一致的世界中,你必须抵制企图推论单一的量子系统“内部”如何的诱惑。

不很满足,是吗?

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