量子纠缠有没有时间差?本质是什么,违反相对论了吗

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-03
量子纠缠是否违背狭义相对论?

你知道量子纠缠吗?超越光速至少10000倍!但却不违背相对论?

量子纠缠是根据爱因斯坦为了反驳玻尔为首的哥本哈根学派的量子力学解释而提出的一个称为EPR悖论(Einstein-Podolsky-Rosen paradox)设计的思想实验。即爱因斯坦、波多尔斯基、罗森悖论。

三人于1935年5月在《物理评论》上联名发表的名为《可以认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?》的论文,对量子力学提出强力的质疑。

爱因斯坦等人根据量子力学设计了精巧的实验,通过高能光子照射特殊晶体,使特殊晶体的外层电子跃迁两个能级,然后在回落时放出一对低能光子(每回落一个能级放出一个)基于守恒定律,这放出的一对光子的量子态存在某些关联,比如偏振。

根据哥本哈根学派的解释,这对量子态(微观粒子的状态的统称)存在关联的光子在被测量到之前,量子态都是不确定的。那么问题来了,假如我通过光路把这两个光子分开两个相反的方向发射到距离很远的两个地方,然后同时进行测量会怎么样呢?

如果根据哥本哈根学派的解释,情况就很有趣了,由于两个光子在被测量到之前,量子态是不确定的,直到其中一个被测量后,测量到的某个状态就被确定了,而由于这对光子的量子态存在关联,这意味着一个光子的状态被确定的同时,另一个光子的对应量子态也被同时确定了!然而问题来了,根据守恒,光子对的量子态必定是同时确定的,然而前面我们已经把它们分离很远了,它们之间通信是需要时间的,那么另一个光子是怎么得到首先被测量的光子的状态信息,从而坍缩到对应的状态的呢?

很显然这种关联坍缩产生超光速信息传递了,这就违反狭义相对论的信息传递不能超光速的基本定律了,而狭义相对论已经被广泛接受,自然没有人愿意挑战它的正确性,包括哥本哈根学派的科学家。因此爱因斯坦认为,量子力学是不完备的,肯定在哪里存在问题或未知因素。玻尔等人看到这篇质疑的论文一定吓得不轻。

不过爱因斯坦在提出这个悖论以后也同时给出了自己的经典解释:两个光子的状态在产生的那一刻就确定了,也就是在电子能级回落释放出它们的那一刻,它们的状态已经确定,之后你即使把它们分隔到100亿光年再测量,都不影响它已有的量子态,它们之间也根本无需互相沟通该如何坍缩,因为一开始就已经确定了。这样,悖论也就不存在了。

玻尔当然不愿意放弃他的哥本哈根诠释,他超凡的洞察力下很快就找到了问题的所在。他指出:这对光子在被测量前并不是两个光子,而是一个整体,是它,不是它们,它在被测量到之前由一个波函数描述,并不存在两个被分离开的波函数(量子力学里描述微观粒子状态的函数,在量子力学里,微观粒子被测量之前只能以波函数来描述),直到它被测量到之前,它都只有一个波函数。

玻尔的这样解释精妙无比,与哥本哈根学派的量子力学解释一脉相承——既然被测量前并没有确定的状态,那你为什么认为它有两个波函数?这不是耍流氓吗……
在玻尔的解释里,光子对的状态是在测量到其中一个后才确定的,因此,波函数坍缩(光子从不确定态变成某一确定态)只发生在测量的时候,而此前这个系统(光子对)处于所有可能的叠加态。测量使这个系统全空间坍缩了……没错,全空间坍缩,与距离无关,也就没有所谓的超光速传递信息了。这其实与单个光子的全空间坍缩是一样一样的,即使是一个光子,它的波函数弥漫到整个空间的所有可能位置,然而一旦测量到,它就只在一个位置,如果你认为这需要时间或需要考虑速度,那么波函数坍缩本身就分分钟超光速了,因为你可以说:一年前发出的光子怎么通知1光年外的自己不要出现?

所以,实际上真正诡异的并非是量子纠缠,而是叠加态本身。
这种解释爱因斯坦自然无法接受,直到他去世,都从来没有公开宣布接受量子力学的完备性。所以有了那句名言:上帝不掷骰子!

这其实不能怪爱因斯坦冥顽不灵,在他在世时,他所提出的EPR悖论并没有能被实验室通过实验所证实或推翻,他所坚信的隐变量也从来没有被证伪。因为没有人能设计出一个可行方案能对其进行验证,虽然当时已经基本没有人怀疑量子力学的完备性。但作为一个具有独立思维的伟大科学家,他始终坚守这自己的信念——宇宙是可理解的。
我认为爱因斯坦没有错,错的是时代没有给他一个答案。

1955年4月18日,爱因斯坦与世长辞,最终没有等到他需要的答案,直到9年后的1964年,一位实验物理学家贝尔提出了一个不等式,后来以他名字命名的贝尔不等式,只有设计一个实验来验证不等式就能判断EPR悖论中究竟哪一方是正确的,贝尔作为爱因斯坦的脑残粉,当然希望自己的偶像爱因斯坦是正确的。

直到上世纪70年代后,首个验证贝尔不等式的实验成功,到80年代后,更严格的实验再次验证了贝尔不等式,所有实验均违反贝尔不等式,这表明爱因斯坦所说的隐变量并不存在!证明量子力学对客观世界的描述是完备的。不过当时的实验还存在漏洞,比如随机数漏洞,另外实验距离也不足。
到了本世纪,更多的更严谨的贝尔实验完成,这包括我国的墨子号实验卫星进行的超过一千公里的量子纠缠实验,还有数万人通过游戏程序提供随机数的大贝尔实验,可以认为目前的贝尔实验已经没有任何漏洞,然而所有实验结果都证明了量子力学的正确性和完备性。

今天,我们只能说我们拥有一个不可理解的宇宙,至少在目前,它是不可理解的。我们不知道为什么有叠加态,我们不知道为什么有波函数坍缩,我们不知道为什么有量子纠缠,这一切谜题等待着世界上最顶尖的科学家去解答,你能成为那个解答这些谜题的人吗?

不要把相对论的宏观领域跟量子力学的的微观领域拉到一起,相对论不适合描述微观领域。量子纠缠的话肯定有时差,以现在的科技是测不出来的。违背了狭义相对论的任何物体都不能超越光速。

  • 量子会相互纠缠,那么它的本质原因有哪些?
    答:因此我们可以认为爱因斯坦对玻尔的反击虽然不接受,但没有异议。问题的答案回顾完量子纠缠提出的历史,我们要来回到开头的问题:量子为什么会相互纠缠?答案是:因为守恒。无论是动量守恒、角动量守恒还是各自守恒,一堆关联在一起的微观粒子的整体物理量都必须守恒!第二个问题:量子纠缠的超距作用的本质原因...
  • 量子纠缠的本质是什么
    答:量子纠缠的本质揭示了量子世界的非局域性特征。当两个或多个粒子形成了纠缠态后,它们的量子状态将变得无法独立于其他粒子描述,即它们的物理属性将变得相关联,不论这些粒子之间相隔多远。这种现象是量子力学的基本特性之一,与经典物理中的局域性原理相违背。量子纠缠的测量和理解对于量子信息科学至关重要。
  • 量子纠缠现象是怎样的?它的本质究竟是什么?
    答:所以我们直奔主题,如果你在原子水平上切割一个粒子,甚至比原子小,然后把一个粒子切割成两个或更多的小颗粒,然后切割粒子形成一个纠缠粒子系统。他们就像同一位母亲的儿子一样,而且这些粒子最初属于同一个粒子。关于量子纠缠现象是怎样的它的本质究竟是什么的问题,今天就解释到这里。
  • 宇宙认知系列(1):不确定性、波粒二象性、量子纠缠与观测的本质
    答:最后,宏观上并没有量子纠缠效应,就像宏观物体没有微观的波粒二象性一样,可以理解为这些微观量子效应,在宏观被压制在了无法被观测的状态——数学求解得出无限小,极限就是不存在,或理解为存在于未知领域。 然而,在我们无法观测和感知的背后,却存在一个完整统一的整体,并涵盖了所有的未知领域, 只是我们的认知,不一定...
  • 量子会相互纠缠,那么它的本质原因有哪些?
    答:量子纠缠之所以能够实现超距作用,其本质在于微观粒子的叠加态。叠加态是量子力学中的一个基本概念,它允许粒子存在于多种可能的状态之中,直到被观测或测量时才会“坍缩”到某一个具体状态。这种叠加态的存在,使得量子粒子之间能够以一种非局域的方式相互关联。至于叠加态的本质原因,目前科学界并没有确切...
  • 量子会纠缠的本质原因是什么?有没有合理的解释?
    答:第六感的强度取决于彼此之间的亲密程度,亲属之间的第六感最强。第六感的根本原因是由原子结构决定的。每个原子都是一个电磁场结构,原子和原子结合在一起,通过共同的部分和场相互交换信息,我们都是由原子组成的。最后,关于以上量子会纠缠的本质原因是什么有没有合理的解释的问题,今天就分析到这里。
  • 量子纠缠究竟是什么原理
    答:量子纠缠是指量子态的一种性质。它是量子力学叠加原理的后果。量子纠缠是粒子在由两个或两个以上粒子组成系统中相互影响的现象。即使相距遥远距离,一个粒子的行为将会影响另一个的状态 。当其中一颗被操作(例如量子测量)而状态发生变化,另一颗也会即刻发生相应的状态变化 。在量子力学里,当几个粒子在...
  • 量子为何会纠缠,它会缠绕的本质原因是什么呢?
    答:我们看到的世界完全像盲人触摸大象那样,我们看到的世界是有形的,我认为这是一个客观的世界,事实上,已知物质的质量在宇宙中只占4%,剩下的96%物质的存在形式对我们来说是完全未知的,我们称之为暗物质和暗能量。关于量子为何会纠缠它会缠绕的本质原因是什么呢的问题,今天就解释到这里。
  • 首张量子纠缠图曝光,量子纠缠具体是什么东西?
    答:在量子力学中,有几个粒子在相互碰撞之后,这几个粒子各自所拥有的特性已经成为一个整体的性质,没有办法单独描述这几个粒子单个的性质,这种现象就叫做量子纠缠。这种现象只纯粹发生在量子系统里,在我们经常说的经典力学里,找不到类似的现象。量子纠缠是一个物理学的概念,对我们平常的生活来说有些陌生...
  • 论量子纠缠本质
    答:现代物理学认为,量子纠缠是有两个以上全同粒子。泡利说,这违反不相容原理。我们知道,真空是负能量粒子的海洋。光子等粒子在这海洋中运动,就相当于打水漂,所以光子等粒子具有波粒二象性。光子是玻色子,光子纠缠不难理解。电子等粒子是费米子,怎么也能发生纠缠?单个电子是费米子。但是两个电子纠缠...