量子纠缠速度真的超过光速吗?

2019-11-25 - 量子纠缠

EPR悖论的核心思想就是:一个量子系统分离成两个量子系统后,二者之间便不存在关联。例如,一个零自旋中性π介子,自发衰变成一个电子与一个正电子之后,就变成了电子和正电子两个独立的系统。对电子的观测,不会影响正电子;对正电子的观测,不会影响电子。就像两兄弟分家就相互隔绝,老死不相往来。哥哥被欺负,弟弟根本就不知道;弟弟被欺负,哥哥根本不知道。

量子纠缠速度

二者会不会相互关联?

以爱因斯坦为代表的旧量子派,坚信毫无关联。如果有关联,就会出现“爱丽丝观测到电子自旋为上旋,鲍勃观测到正电子自旋也是上旋;或者爱丽丝观测到电子自旋为下旋,鲍勃观测到正电子自旋也是上旋”的情况。电子和正电子是由零自旋中性π介子自发衰变而来,电子自旋方向与正电子自旋方向必须正好相反,电子上旋与正电子下旋,相互抵消正好为零。爱因斯坦在逻辑上无疑是正确的。

量子纠缠速度

以波尔为代表的新量子派,坚信存在关联。只是当时技术条件的限制,波尔拿不出来有力的证据来。

旧量子派和新量子派的争论,一度陷入以概念反驳概念的哲学之争。

好在贝尔提出了不等式:∣Pxz-Pzy∣≤1 Pxy,将一个长期争论不休的哲学问题,变成一个可供实验判决的科学问题。贝尔不等式的推导过程非常复杂,要求的技术条件也很高。这里不做详细的推导介绍。贝尔不等式的实验结果表明两个事实:分离后的两个量子系统存在着关联;量子不确定性是量子的本质属性,并不是因为观察技术欠缺而导致观察得不到确定的结果。

量子纠缠速度

分离后的两个量子系统存在着关联。当爱丽丝对电子进行观测的时候,电子自旋的叠加态坍缩,同时,正电子的自旋叠加态也坍缩,电子的自旋为上旋,正电子的自旋一定为下旋,反之亦然。同样,当鲍勃对正电子进行观测,正电子与电子的自旋叠加态同时坍缩,自旋方向也必然正好相反。这样的观测结果与能量守恒定律相符。

爱因斯坦是量子论的创始人,他反对新量子派,不等于他完全反对量子论。他反对的是违背时空因果律的新量子论。两个分离的量子系统,中间没有任何介质,却能够相互关联,而且这种关联相互影响是瞬时的,比光速还要快。这种反直觉经验反时空因果律的“鬼魅现象”,爱因斯坦想不通,一百年后的你和我,同样也想不通。

至于你信与不信,实验结果就在那里。中国的量子通信实验卫星已经上天,2018年1月,在中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发,并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。这个时候还在讨论“信与不信”的问题,感觉就是这浪费时间。

科学家现在主要关注的是利用量子纠缠的原理来为人类的生产生活服务。随着技术条件和理论条件的不断积累,量子纠缠的具体运行机制终究会被人类弄明白的。

量子纠缠的速度真的超过光速吗?

量子纠缠不传递能量,而光传递能量。这是二者的本质区别。量子纠缠速度超过光速,但是没有传递能量,所以没有违背相对论。

在思考量子力学问题的时候,我们会不自觉地把经典物理学的绝对时空观带进来。这是造成我们苦恼的根本原因。

速度是什么?空间是什么?时间是什么?物质是什么?把这四个基本问题重新思考,或许我们会得到答案。

在量子力学里面,物质和时空是有机的统一体:没有物质,就没有时空;没有时空,就没有物质;物质产生,则时空产生;物质消失,则时空消失;物质是离散的,时空也是离散的;虚空处于“有”与“无”的叠加态,观察导致虚空坍缩为“有”的确定状态;物质是凝固的时空,时空是融化的物质。

突破经典物理的时空观,用量子物理的时空观去思考量子纠缠的奇特现象,或许会有所突破。量子系统的时空,与作为观察者人类的时空,属于各自不同的时空。而人类却用自己在宏观世界感受到的时空去衡量微观量子世界的时空,自然会感觉奇异。各自的尺子都不一样,怎么会得到同样的观测结果呢?

实事求是地说,量子纠缠的速度究竟是多少,是光速的一倍,或是一万倍,或是瞬时到达,目前还没有做过实验测量。

大贝尔实验因为牵涉到自由意识的选择问题,争论一直很大。大贝尔实验虽然被众多实验证实,但它作为科学实验,是允许被推翻的。量子纠缠的问题,还得继续争论下去,验证下去。

或许,“量子纠缠速度超过光速”本就是一个错误的问题。

量子纠缠本身问题重重,还是一个未解之谜,建议那些“热爱”科学的朋友,不要用量子纠缠去证明“心灵感应”的真实存在了。不是科学不允许你附会,的确是因为科学无能为力。

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