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陈思进:再谈量子力学并没有否定客观世界

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发表于 2018-4-13 08:40:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
再谈量子力学并没有否定客观世界
——小析“叠加态”“量子纠缠”科普中的一些误区

  在《量子力学并没有否定客观世界》的文章中,最后引用了李淼先生的一句话:“量子力学的世界是个神奇的世界,这个世界再神奇,也不会神奇到没有意识就不存在。它只是告诉我们,一个粒子可以处于不同位置的叠加态中,甚至任何物体可以处于不同位置的叠加态中。”

  细心的读者或许会产生疑问,不是上文的开头就谈到:“像人体、猫这样的宏观经典世界,迄今为止,并没有发现它们也具有叠加态”,那么为什么李淼先生又说:“任何物体可以处于不同位置的叠加态中”呢?

  这个问题提得太好了,这恰恰就是量子力学的“魅力”,要是不那么反复烧脑、不断地“剧情反转”,也就不是量子力学了。

  就着这个问题,正好再进一步说明一下,量子力学最大的特点是,一旦一个系统足够大时,这个系统的表现至少“看”上去,与经典的古典物理系统一样。比如之前的那个“薛定谔的猫”,尽管从量子力学的理论去观察,这个“猫”可以同时处于生和死的叠加态。

  但是,由于“猫”太“大”了(相对量子力学所解释的系统而言),“猫”通过呼吸和空气发生了作用,即“猫”和外界接触了。那么,“猫”肯定会要么生,要么死,不会同时处于生和死的叠加态。

  在量子力学中,这种现象就叫做Quantum decoherence(量子退相干),即一个系统如果和一个特别大的系统接触后,会立刻选择一个我们熟悉的古典状态,而不再同时处于两个量子态的叠加之中。

  接下来,再谈一下在量子力学中与叠加态交替使用、形影不离的另一个词——“量子纠缠”。其实,跟“叠加态”一样,“量子纠缠”也是在量子力学科普中最容易被误解误读的,特别在社交媒体中,借科普“量子纠缠”夹带私货,经常刷屏,误导大众。

  量子纠缠的基本定义是:在量子力学里,当几个粒子在彼此相互作用后,由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质,无法单独描述各个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,这种现象被称为quantum entanglement(量子纠缠)。

  量子纠缠的现象听上去很神奇,号称“The God Effect”(上帝效应),有违我们日常生活的经验。不过实际上,量子纠缠和量子叠加态一样,量子纠缠也只是一种纯粹发生于量子系统的现象,在经典力学里,找不到类似的现象。虽然很神奇,但并不神秘,它也与“叠加态”一样,只是维尔纳·海森堡“不确定性原理”(见注)的逻辑必然,是完全可以被理解的。
维尔纳·海森堡

  目前,物理学家们还没有达成共识的,只是量子纠缠物理过程发生的细节,而对这个现象本身已经没有争议了。此外,量子纠缠现象可以用来实现量子的隐形传态。必须注意的是,“量子隐形传态”这六个字的每一个字,都有准确的含义,是不可随意更改的。

  我们可以把量子态从这一地点,传输到另一地点,但是请注意,第一,只能是传输,而不能复制;第二,传输不是瞬时的,依然有光速极限,不过,它的“好处”在于可以达到光速。这样的话,从理论上来说,把一个人以光速从此地传输到另一个地方,准确地说是把一个人在本地销毁,然后在另一个地方再重建。

  这听上去又好像神奇的幻想小说,可完全不违背物理法则。只是从实现的角度来说,目前还看不到何时能够实现。不过,人类科学的发展速度是按几何级数进展的,眼下看似只是科幻小说中的桥段,很可能在几十年后就实现了。

  最后提一下,平行时空、量子的隐形传态等,也正是我创作的科幻小说中的主要科幻点,希望这部小说能早日搬上银(荧)幕!

  (注:我在《量子力学并没有否定客观世界》文中提到的:不确定性原理听上去很神奇,其实也完全不神秘,它也是某些成对出现的物理量,术语叫共轭物理量的逻辑必然。不确定性原理是普适的原理,不管在微观世界还是宏观世界。只是不确定性原理有明确的数学法则,这个法则告诉我们,质量越大、体积越大的物体,不确定性就越小。于是,任何肉眼可见的物体,它的不确定性已经小到完全可以忽略不计了。)


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