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光子盒、EPR佯谬还有薛定谔的猫

已有 7383 次阅读 2012-3-16 22:38 |系统分类:科研笔记|关键词:学者| 薛定谔猫, 光子盒, EPR佯谬

关于量子力学诠释的争论贯穿于量子力学的整个历史,最近阅读和学习了张天蓉老师的系列博客——走进量子纠缠,对量子力学的历史有了进一步深入的认识。光子盒、EPR佯谬和薛定谔猫是关于量子力学诠释争论的3个非常著名的假想实验。

光子盒针对测不准原理,是爱因斯坦提出的可以同时精确测量光子从盒中飞出的时间和光子能量的假想实验,玻尔借用广义相对论加以反驳。这在表面上是玻尔占了上风,但实际上应该是爱因斯坦占了上风。因为虽然计入广义相对论的影响,但理论上还是可以得到精确的结果。

EPR佯谬针对纠缠态,是爱因斯坦与助手Boris PodolskyNathan Rosen提出的,玻尔的解释是测量之前两个纠缠的粒子是利用波函数描述的一个关联的整体,而不是相互独立的,因此二者之间不需要传递任何信息,只有在测量后才分离为两个独立的个体。但问题是测量后的两个独立的个体是否还处于纠缠态,纠缠量子分发以及量子隐形传态实验,实际上证明了两个纠缠的粒子明确分开后仍然保持纠缠。因此,玻尔实际上并没有能够解释EPR佯谬,甚至可以说是错误地理解了量子纠缠。后来的关于EPR佯谬的争论归结为纠缠之间是否存在隐变量,也就是说纠缠的粒子间是否通过传递某种相互作用或能量(信息)来保持纠缠。贝尔不等式检测和GHZ态检测实验似乎证明,纠缠的粒子间不存在相互作用。但这些检测实验的结果实际上是,两个纠缠的粒子如果存在作用将应该是超过光速的。而按照相对论,能量传递的速度不能超过光速。因此,上述检测实验实际结果是证明纠缠粒子间不存在直接的能量交换,还不能说二者间没有传递相互作用。因为相互作用的传递不是直接的能量传递,它不直接受相对论的限制。

薛定谔猫针对叠加态,是薛定谔提出的假想实验。但我总感觉这个假想实验存在一些问题。一是处于叠加态的是原子核,而猫的死活取决于原子核叠加态坍缩的结果,如果该叠加态没有坍缩,也就说明原子核就没有机会触发毒气而杀死猫,因此无论如何猫的死活状态是确定的而不处于叠加态。另外一个问题是,放射性原子核能否设定为一个稳定的衰变与不衰变的叠加态。应该说放射性原子核最多是一个不稳定的叠加态,它按照一定的几率(不需要观测)会自动坍缩到衰变态,因此猫的命运不用观测就可做概率推测,时间越长死猫的概率也就越大。玻尔的解释也不十分高明,因为对于猫的状态而言,是猫的信息直接传递到观测者眼中,可以不存在干扰,因此如果猫真的处于叠加态的话也不会导致叠加态的坍缩。

总之,大师间的交锋犹如魏晋时代的清谈,不计较细节,也缺少科学上的严谨,但是智慧的碰撞。



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