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存在量子糾纏的一對粒子分開到宇宙兩端,是否還能互相關聯?

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糾纏粒子分隔宇宙的兩端,是否還能繼續互相關聯?答案是:當然可以!

原因很簡單,題目中的“糾纏粒子”里的“糾纏”二字已經決定了這種互相關聯的關系。我們下面來慢慢細說。

量子世界鬧鬼?量子糾纏——鬼魅般的超距作用

在量子力學發展之初,以愛因斯坦為首的舊量子論老古董科學家對玻爾為首的新量子力學哥本哈根學派進行了強烈批判和堅決反對,每一次在學術會議上碰面,愛因斯坦都會挖出一堆量子力學的BUG,但是愛因斯坦提出的在所有的批評意見都被睿智的玻爾一一化解。


到了1935年,這一年例行舉行的索爾維會議在二戰的陰霾下舉行,由于自己猶太人身份遠避大洋彼岸的美國的愛因斯坦沒有參加,但他并沒有閑著,他和另外兩位科學家波多爾斯基和羅森在學術期刊《物理評論》上聯名發表的名為《可以認為量子力學對物理實在的描述是完備的嗎?》的論文,對量子力學的完備性提出了強烈質疑。


論文里面提出了一個被稱為EPR(三人名字的首字母)悖論的量子力學推論:用特殊方法制造一對光子,根據守恒定律兩者的量子態(微觀粒子的狀態,記著,后面要用)將存在關聯(相同或相反),我們用光路把它們分開到相反方向,按照量子力學,由于測量前兩個光子的狀態未知,在測量后才隨機坍縮到一個確定的狀態(玻爾他們是這么說的),因此當兩個光子已經分開到足夠遠的時候,進行測量,兩個光子會同時坍縮到一個隨機狀態。因為當我們測量A光子,A光子的狀態就確定了,同時因為A、B光子的狀態關聯,B光子的狀態也就同時確定了,這理論上是不需要時間的。


那么問題來了,這兩個光子已經分開到足夠遠的距離了,比如題目所說的宇宙的兩端,B粒子是如何獲得A粒子的狀態從而完成坍縮的?這不是超光速了嗎?嚴重違背了狹義相對論了。愛因斯坦稱這是“鬼魅般的超距作用”亦稱“遠距離鬧鬼”。


玻爾的反擊——測量前不存在兩個光子

愛因斯坦提出的這個悖論直指量子力學的咽喉,但睿智的玻爾在看完EPR論文后很快就把愛因斯坦的殺招給破了。玻爾根據量子力學的原理指出,在測量前并不存在這兩個獨立的光子,并不存在兩個互相關聯的光量子態,在測量前它是一個整體,只有一個波函數(微觀粒子的狀態函數,可以理解為所有可能狀態的集合,記著,后面要用)。用人話說就是在測量前AB光子只有一個【AB】,而不是一個【A】加一個【B】。它是一個整體,共同擁有一個量子態。在測量A的那一刻,【AB】波函數才坍縮為【A】【B】,也才有了兩個光子。

因此,【B】并不需要在【A】被測量時獲得【A】的狀態,因為測量【A】光子時并不是【A】光子的波函數坍縮,而是【AB】整體的波函數坍縮,單個波函數坍縮理論上是不需要時間的。


上面的描述可能有點繞,但這種現象是量子力學特有的,實在無法給出一個恰當的日常化比喻,所以看不明白只能反復再看一遍了……

至于為什么波函數坍縮不需要時間?不知道……此時你只能用量子力學大神費曼的話:“沒有人真正懂量子力學”來安慰自己了,因為……真的沒有人知道……


總結

從上面的描述中可以看到,波函數坍縮是發生在測量以后的,在測量之前,糾纏的粒子處在同一個系統中,擁有同一個波函數,因此,縱使分隔宇宙兩端,糾纏的粒子間依然存在關聯,我們依然可以通過對糾纏光子A的測量來獲得糾纏粒子B的狀態,直到測量發生,粒子坍縮到一個確定的狀態,量子糾纏隨之失去,它們的關聯才會斷開,此后就再也無法通過測量粒子A來獲得粒子B的狀態了。

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