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量子纠缠浅浅说(一)

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量子纠缠浅浅说
作者:日拾一粟
如果你问,当今发现的最诡异的物理现象是什么?“量子纠缠”应该会高居榜首。那么量子纠缠到底有多么匪夷所思呢?
量子纠缠作为一种物理现象,描述起来并不难。比如有一个大粒子衰变成两个小粒子A和B,分别向相反的两个方向飞出去。每个粒子都有两种可能的自旋,分别是上和下。对于其中任何一个粒子,自旋为上和自旋为下的概率都是50%。当两个粒子分开的距离很远的时候(目前最远的实验是1200公里,中国科技大学的潘建伟团队做的),对粒子A进行测量,确定粒子A的自旋方向,比如是上,此时测量百里或千里之外的粒子B,其自旋方向一定为下。这时我们就说两个粒子发生了“纠缠”。
现象就是现象,实验结果就是这样,没有人怀疑,也无法怀疑。分歧是对这种现象的解释出现了截然相反的两派。
一派以丹麦的玻尔(NielsBohr)为代表,认为:在测量之前,每一个粒子都处于某种“上”和“下”的“叠加态”,上和下的概率各为50%。所谓“叠加态”,是说它的状态不是确定的,处于“上”和“下”的双重状态。当粒子A被测量后,A的叠加态便在一瞬间“坍缩”了,定格为其中的一种确定的状态,比如“上”。因为A和B在测量之前还是处于同一个系统(虽然距离很远),即所谓是“纠缠在一起”的,所以一旦A因为测量出现了坍缩,定格为“上”,B就会在瞬间感受到A的变化,对应地发生坍缩,定格为“下”。这种感应到底有多快呢?很快,反正比光传播的速度还快,所以这种解释等于承认了A和B之间存在“超距作用”。这一派的观点被称为“测量决定论”。因为在当时量子力学已经有了长足的进展,人们对这些术语所谓“叠加态”、“坍缩”已经很熟悉了,所以接受测量决定论的物理学家大有人在。
反派的代表是爱因斯坦。尽管爱因斯坦也是量子力学的奠基人之一,他获得了诺贝尔奖还是因为发现了光电效应现象,而光电效应正属于量子力学的范畴。但他的主要研究方向是相对论,而“光速是宇宙间速度的极限”刚好是相对论的理论基石,所以爱因斯坦对所谓的“叠加态”,特别是超过光速的所谓“超距作用”耿耿于怀。于是组织人马对测量决定伦进行反击。爱因斯坦派的基本看法为:玻尔对量子纠缠现象的解释有点扯,这个世界是确定的,不存在什么上和下的叠加状态,一个远离千里的粒子能够在比光速还短的“瞬间”感受到另一个粒子的变化更是无稽之谈。他们认为,量子纠缠现象看上去很“玄”,其实很简单:就是那两个粒子一个是上,一个是下,是在它们刚从母粒子分离出来的时候就已经确定了,只是我们在没有测量之前不知道而已。通过测量知道了其中一个是上,那另一个自然是下。就好比有一双鞋被两个小偷各偷走一只,其中警察逮住了一个小偷,发现他偷的是左脚的鞋,那另一个警察捉住另一个小偷,自然会发现他偷的是右脚的鞋,并不需要什么远距离沟通。这一派的观点被称为“出生决定论”。
爱因斯坦和玻尔的论战持续了二三十年,谁也不能说服谁,直到二人双双离世。(未完,见评论区)


来自iPhone客户端1楼2021-01-12 08:29回复
    量子纠缠浅浅说(二)
    在爱因斯坦离世9年后(1964年),爱因斯坦一个铁杆粉丝贝尔(JohnBell),研究出了一个公式,称为“贝尔不等式”。贝尔异常兴奋,他终于有了一种“试剂”来干净利索地显示他的偶像爱因斯坦的“一贯正确”,并将量子物理的图像从“不讲人话”的量子理论中搬回到人们熟悉的经典理论的大厦中!
    这个贝尔不等式长什么样子呢?咱们来看一看:
    ∣Pxz-Pzy∣≤1+Pxy
    其中,Pxz是指从x方向上测得A粒子的自旋值(上为+1,下为-1)与从z方向上测得B粒子的自旋值的相关性(同向为正相关,反向为负相关);Pzy是指从z方向上测得A粒子的自旋值(同样上为+1,下为-1)与从y方向上测得B粒子的自旋值的相关性(同样,同向为正相关,反向为负相关);Pxy是指从x方向上测得A粒子的自旋值与从y方向上测得B粒子的自旋值的相关性。
    x、y、z代表在三维空间中任意三个方向,可以取任意角度。
    附录列出了对贝尔不等式的简化了的证明过程,但不看也不影响理解下文。
    在A粒子与B粒子在任一相同方向上测量值都恒定相反的大前提下,根据贝尔的计算,如果按“出生决定论”的说法(爱因斯坦的说法),即,A粒子和B粒子的自旋方向在从母粒子分开的瞬间就已经确定了,而且测量过程对A粒子和B粒子的是独立的,不会互相影响,那测量结果就会严格服从贝尔不等式。但如果按“测量决定论”所说(玻尔的说法),A粒子和B粒子的自旋方向一开始还没有确定,是在测量的时候才确定的,对A粒子和B粒子的测量存在相互影响,那么在x、y、z方向所取夹角为某些特定夹角组合时,测量结果就会比前述按“出生决定论”假设条件计算出的结果有“更强”的相关性,贝尔不等式的左边就会大于右边,即贝尔不等式不成立。所以可以通过精心设计的实验对爱因斯坦和玻尔谁是谁非一锤定音。
    例如,当x和y方向的夹角取60度,x和z方向的夹角也取60度,z和y方向的夹角取120度时,按出生决定论计算,Pxy=-1/3,Pxz=-1/3,Pzy=1/3。代入贝尔不等式,左边
    ∣Pxz-Pzy∣=∣-1/3-1/3∣=∣-2/3∣=2/3,右边
    1+Pxy=1+(-1/3)=2/3,等式成立。
    而按测量决定论计算,Pxy=-1/2,Pxz=-1/2,Pzy=1/2。代入贝尔不等式,左边
    ∣Pxz-Pzy∣=∣-1/2-1/2∣=∣-1∣=1,右边
    1+Pxy=1+(-1/2)=1/2,左边大于右边,等式不成立!
    贝尔这个神秘武器震惊了世人:“天哪,这下有热闹看了!是骡子还是马拉出来溜溜就知道了!”。那两个小粒子A和B如果是经典粒子的话,它们便必须遵循经典统计的规律,必须满足由经典概率方法得到的贝尔不等式!但是,如果我们考虑量子力学,将两个小粒子A和B当成是量子力学中的粒子,情况又将如何呢?它们的行为当然只有两种情形:遵循贝尔不等式,或者不遵循贝尔不等式。如果遵循贝尔不等式的话,那就好了,万事大吉!爱因斯坦的预言实现了(“你那小粒子也没什么特殊的”)。如果不遵循贝尔不等式,那就是对小粒子A和B的测量行为相互之间有影响(相关程度更强),我们就不得不为那个幽灵般的超距行为寻找合理的解释。
    因为当时受技术的限制,还不能实际设计出实验来验证贝尔不等式。等到5年之后技术成熟了,大量的实验结果接踵而来。但实验结果使贝尔大吃一惊。原来他这个武器是个双刃剑,倒在剑下的竟是他的偶像爱因斯坦!爱因斯坦输啦!
    此时爱因斯坦已经离世。但如果他活着的话,我想他应该会大度地接受这个现实,毕竟他是个伟人,追求真理是毕生理想。
    (未完)


    来自iPhone客户端2楼2021-01-12 08:34
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      量子纠缠浅浅说(三,结尾)
      下面问题来了:这多出来的相关性到底是怎么来的?
      目前倾向于认为,这个A粒子和B粒子在测量之前根本就没有分开,虽然他们表面上看相距甚远,但仍然在一个系统中。当我们对A测量时,同时也测量了B。就像两个人在一个跷跷板上,不管这个跷跷板有多长,你看到左边的人上去了,右边的人就一定下去了。在量子世界,一个粒子可以同时出现在两个地方,这一点在爱玻之争以前就基本被接受了,例如那个光子的双缝实验,一个光子可以同时穿过A缝和B缝。量子的运动是跳跃性的,它即使在A时间出现在位置A,在B时间出现在位置B,也不一定像在宏观世界这样在AB之间有一个连续的路径(即量子可以“神出鬼没”)。既然一个粒子可以同时出现在A缝和B缝,为什么不能同时出现在千里之外的A点和B点呢?
      但仍然有人不能接受这个残酷的现实(几千公里长的跷跷板?而按玻尔的说法,就是几亿公里也没关系,两个粒子还是能纠缠在一起),总是想办法“找补”。于是发明了多世界理论,四维空间投影解释等等。他们说,你看我用木筷子穿过一张薄饼,然后转动筷子(薄饼不动),薄饼下面的蚂蚁就会对很遥远的(假设薄饼的表面是蚂蚁这个生物的二维空间,它想从薄饼的底下的中点到上面的中点要先爬到薄饼的边缘再转个弯向中间爬)薄饼上面的蚂蚁说,虽然我们相距千里,但我看到的木头和你看到木头是同步的,是“纠缠”在一起的!同理,在我们这个三维世界里两个量子看上去相距千里,但在四维空间看来也许就相隔一张纸。这个假说虽然更容易理解,但也没有比上面的那个跷跷板更“现实”到哪里去!
      物理学的天空仍然阴云密布,等待着某个巨人去拨云见日!
      附录:贝尔不等式的证明
      一个母粒子在空中分裂成2个粒子A和B,分别向相反的方向飞去,假设在分裂的那一瞬间,粒子A和粒子B的自旋方向就已经确定,而且完全相反(从任何一个相同方向上看都相反,如下图)。
      [图片]
      则在空间坐标系xyz中(xyz的夹角可以任意取,不一定相互垂直):
      AxAyAzBxByBz
      +++---设出现的几率为N1,
      ++---+......N2
      +-+-+-......N3
      +---++......N4
      -+++--......N5
      -+-+-+......N6
      --+++-......N7
      ---+++......N8
      上述8种情况包括了粒子A和粒子B在三个方向上的取值的所有可能性,所以右栏的各种可能性的概率之和
      N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7+N8=1
      假设Pxy的意义是粒子A在x方向上和粒子B在y方向上的协作性,一致的为正,不一致的为负,那么Pxy=-N1-N2+N3+N4+N+N6-N7-N8
      同理,Pzy=-N1+N2+N3-N4-N5+N6+N7-N8
      Pxz=-N1+N2-N3+N4+N5-N6+N7-N8
      |Pxz-Pzy|=|-2N3+2N4+2N5-2N6|=2|(N4+N5)-(N3+N6)|<=2[|(N4+N5)|+|(N3+N6)|]
      因为:N1+N2+N3+N4+N5+N6+N7+N8=1,带入上式可得
      |Pxz-Pzy|<=(N3+N4+N5+N6)+(1-N1-N2-N7-N8)
      将(N3+N4+N5+N6)+(1-N1-N2-N7-N8)的数字1移到前面,其他各项刚好是Pxy,
      于是有:
      |Pxz-Pzy|<=1+Pxy
      证毕。
      (全文完)


      来自iPhone客户端3楼2021-01-12 08:37
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        从今天开始!
        为何理论物理学从20世纪突然卡壳,因为我们的实验室验证出了瓶颈和难题,因为我们想要得到实验结果,需要跨越纬度。这在现在是困难的。
        量子处于高纬度状态,可完美解释双缝干涉,量子纠缠,黑洞,宇宙大爆炸,和宇宙处于降维度状态,可以解释波粒二象性,可以解释量子泡沫,可以纠正电子云,还可以解释量子隧穿。所有量子问题自己宇宙起源和黑洞,甚至宇宙大爆炸前的奇点纬度尺度。
        量子纠缠就是分开两个纠缠量子再其它纬度是还在一起同步的。我们观测不到其它纬度他们的状态。
        双缝干涉实验观察和不观察的结果不通也正从侧面证实了,粒子本身处于高纬度,但代入我们这个纬度的观察,它的高纬度状态塌陷到我们这个低纬度。
        量子隧穿更好解释,省略。
        量子泡沫已经可以说是接近这个理论了,只是和电子云一样需要纠正和完善。
        波粒二象性,就更迎刃而解了,物质或者粒子的波性,就是粒子的多维性。
        波长一定程度上反应了其纬度高低。
        那么有个猜想中的猜想,宇宙背景辐射波长7.35cm是什么意义呢?是大爆炸前宇宙奇点的纬度?
        黑洞一直是理论物理学的热点,这个理论猜想,可以知道黑洞是大量物质粒子被强大力量捆绑,同步,处于高纬度状态,相当于多个相互纠缠的粒子。可通过黑洞的测量,推测宇宙大爆炸前的寄点状态—纬度最高的存在。
        现在我们所处的宇宙是个熵增,纬度降低的宇宙。
        如果大爆炸理论成立,那么平行宇宙绝对存在就成了可能,但是!不会对称。每一个将都是独立个体。因为现在宇宙的量子范围现在仍然处于高纬度。这就不可能存在一个宏观尺度的对称宇宙。
        这就可以从20世纪到现在的多数理论物理学课题可以解决了。
        甚至如果通过建立数学模型,进行统一场理论的重新早就和定义。但这个数学模型太过巨大,即使全世界在好的计算机。必须是夸越高纬度的模型。
        至于实验,我们现近无法跨越纬度进行直接测量,只能通过双缝干涉,量子纠缠等得到了解结果。
        经典理论物理学,确实无法使用于量子力学。
        甚至量子力学这个概念都不是跟确切,不如说量子纬度学或者量子场学,都比量子力学更合理。
        千万别再被我们认识的时间再影响思虑了,时间这个概念作为一个标尺来早就量子物理学和理论物理学,基本是没用的,它是我们的错觉。我们对于我们宏观世界和我们这个纬度事物产生的错觉,在我们这个纬度和宏观世界,它成立,但超越这个界域,时间将失去标尺意义。
        这个猜想甚至可以把玄理论一些不分纳入进来,靠近的粒子作用增加,因为粒子纬度是通过波长表现的,所以不通粒子纬度高低也是有区别的,而纬度决定了上面提到的结果,其中包涵距离尺度参,纬度波长参数,质量参数等。
        另一方面纬度越高,空间布态越稠密,自然呈现玄理论的靠近的粒子作用更强。
        试想这个猜想,是不是如果这些问题通过建模,得到推导,再加上理论解释,是否都相通了呢?
        量子力学和经典力学的矛盾,基本解决,
        双缝干涉实验的完美解释,
        量子隧穿现象完美解释,
        完美解释波粒二象性
        电子云概念的纠正,
        量子泡沫的解释,
        玄理论的更好代替理论,
        宇宙模型理论的又一个理论支持,
        黑洞的更深层认识,符合现有认知,
        回答了爱因斯坦的上帝掷骰子,
        纠正并完善了哥本哈根学派在迷雾和实验验证中挣扎的不完善理论体系,
        打脸了薛定谔的猫,
        统一场论的基石有了理论支持,
        契合了宇称弱作用力下被破坏,
        另辟蹊径的诠释了纬度概念,
        真不知道还有哪里不相符合的。
        坐等大佬认同了!!!


        IP属地:山东来自Android客户端4楼2021-01-27 00:30
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          假设曲率(因质量引起的空间弯曲)存在,且因为质能转换,导致曲率在震动变化。
          在自发参量下制备转换量子纠缠态中,e光和o光交叉点的纠缠态粒子,其实就是相同曲率下的粒子。 所以关于量子纠缠和量子通信,可以理解为:在你测量其中一方的状态前,你并不知道此方的状态,也就无法预测彼方的状态。相反,你测量了此方的状态,了解了此方的叠加信息,等于知道了彼方的制作配方。再来按照相同方式还原,可以得到对称的彼方叠加态。实际上信息的传输手段仍然是经典方式,并且速度仍然不可能超过光速。引入曲率的概念,所谓的一对纠缠态粒子,不过是对称运动状态下的同类粒子集合,并且并不止一对。所以量子纠缠原理下的量子通信,不过是用某一粒子测量所得的叠加态信息,还原对称运动下同类粒子叠加状态,应该叫做粒子运动状态的制备(对称性)还原。
          量子隧穿:相同电荷数的情况下,r越小,势能越大。如果从粒子的角度理解。可以认为同一时间电荷占据的平面空间比例可能越大。粒子通过时撞到反弹的几率就越大。这就解释了反弹几率的问题。
          假设曲率存在,且影响了粒子直线传播的路径,让粒子到达时的位置和入射角度呈波函数概率分布,可以将通过粒子看做无数延不同路径(带有不同的入射角)到达通过区域的粒子(通过区域越小,则入射角范围越小,通过几率越大),那么传播路径越偏离中心的,代表入射角越大,同时反弹的几率就越大,通过的几率就越小。大量粒子通过时,从波函数上看,在同样大小的通过区域里(通过区域大小变化也就是r变化,将会很大程度影响通过几率)就是振动幅度越大的通过几率越小,振幅越小的通过几率越大(解释通过时波函数衰减)。
          通过以后,干涉消失,粒子重新沿曲率线“直线传播”,恢复为路径波函数概率分布。(解释通过后波函数一定程度恢复)
          如果包含粒子的所有通过区域,可以将通过区域理解为无数个不重合的点,而每一个点都有对应的当前最佳(最大概率通过)路径(入射角为零或者说当前曲率下直线传播通过),也就是说,在通过区域上,每一点的通过几率是相同的,在全区域范围内,通过的几率只与通过时的速度快慢(也就是能量大小)有关,与曲率的振动幅度变得无关(解释能量壁垒)。
          再来看双缝干涉实验,是不是可以理解为光只是粒子,而所谓的直线传播让光粒子在宇宙不断变化的曲率影响下,路径以波动的规律变化着。当你沿着某一个路径观测某一个光子时,相当于你站在了某一条曲率的直线上,你无法看到他路径上的弯曲。因此双缝延迟干涉所谓的结果影响开始,只不过是摄像机观察的方向在宇宙中的弯曲方向确定了,而你从这个已确定的曲率中观察到的路径必然是一条相对直线。进一步证明了曲率的存在。
          结论:
          1. 光只是粒子。 光粒子的直线传播路径以波的形式呈现是因为曲率并不恒定,而是在一定范围内波动。导致
          2. 光最终的概率路径具有波动性。
          3. 纬度的弯曲时刻存在(曲率)。
          4.在大宇宙范围内,纬度如同海洋一样,有剧烈运动,也有风平浪静,但哪怕是风平浪静,纬度波动的传导导致同一点的曲率必然呈波动变化。(曲率震动)


          IP属地:贵州5楼2021-02-04 10:49
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            光粒子有很多定义空间维度结构效率,人类意识的稳定区域也有一定的主观定义问题吧?


            来自Android客户端6楼2021-02-06 20:20
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              对量子力学纠缠,你们一直考虑的是三维内的问题,也许是加一维,四维时间的问题。如果是四维的纠缠,那时空穿越成可能。


              来自Android客户端7楼2021-02-07 21:48
              收起回复
                双缝干涉实验其实就可以窥见量子在一定有其它物质干扰时,仍在一定空间范围处于多维度,波性衍射干涉就是。
                量子纠缠就是量子在其它纬度碰同步处于相同纬度,也就是说在其它纬度他们仍然是在一起的。或者说他们是用微虫洞链接的


                IP属地:山东来自Android客户端8楼2021-02-11 08:20
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                  楼上的老兄又提到时间,时间这个概念在量子范畴没基本没什么。


                  IP属地:山东来自Android客户端9楼2021-02-11 08:22
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                    时间就是人对我们这个纬度世界中想对运动的一个测量比较。


                    IP属地:山东来自Android客户端10楼2021-02-11 08:23
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                      量子领域,所谓的态,所谓的云,所谓的泡沫,其实都是量子的纬度分布。这是部分先后的存在


                      IP属地:山东来自Android客户端11楼2021-02-11 08:24
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                        戴维·玻姆的全息宇宙也说明了多维度映射的可能


                        IP属地:安徽12楼2021-03-08 16:17
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