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EPR 佯谬_宇宙时间奥秘

2020-04-11 宇宙时间奥秘

EPR 佯谬_宇宙时间奥秘
 
 
如果否定基于意识的解释和平行宇宙的解释,我们仍然面临着一个主要困难,即如何说明波函数的坍缩。这种坍缩看来违背了因果律常识——即果起于因,因果事件在空间上必需足够接近,以使得它们之间发生因果性联系。
 
考虑一个量子法则支配的系统,比如一个朝着荧光屏飞去的电子。它随时间的演化由一个量子力学波函数来描述,其演化规律遵从薛定谔方程。当在屏幕上做测量,以确定电子的位置时,波函数就坍缩了。虽然测量是在局部地点进行的,但是波函数的坍缩却改变了电子在此瞬间在空间所有地方的物理状态——要记得,波函数中包含了电子在空间和时间中的每一种可能性,并不只是波函数坍缩时的那一种可能性。
 
这种非局部的坍缩意味着违背了因果律。有一些时空区域,它们不能与屏上观测到电子的那个点有因果联系,即使信号以光速传播也不行。然而它们却可以在瞬间,和在这个地点所做的测量发生关联!电子发出的作用瞬时间达到宇宙的尽头,这听起来就像一位巫术师,能用针剌腊像而伤害几英里以外的人一样,纯属天方夜谭。这一独特性质出现的原因,是由于波函数实际上是一种弥漫于整个空间的抽象场。一个在任何一个给定地点所做的观测,会引起一个潜在的状态(所有可能的结果)坍缩到一个现实的状态(观测到的结果),这个现实状态在宇宙中所有各处,并在同一时刻被固定下来。
 
这种离奇的非因果性的相关性,是 1935 年首次由爱因斯坦和俄国的波多尔斯基(Boris Podolsky),以及罗森(NathanRosen)在一篇论文中强调指出的,后面这两个人后来都成了普林斯顿高级研究所的成员。爱因斯坦本人是在 1932 年获得这个研究所的一个终生职位的,这使他逃脱了战前德国日益高涨的反犹太浪潮。这篇文章发表的时候他已经在普林斯顿定居,他的狭义相对论问世也差不多三十年了。但是量子论仍然使他苦恼不安,一是量子论中的内禀随机性,二是现实看来是由观测者而“创生”的。对爱因斯坦来说,这种说法像是把人又推回到五百年前宇宙中心的地位,而哥白尼当时就是把人从这个地位拉了下来。因而,爱因斯坦极力要把量子力学的这种观念推翻。
 
爱因斯坦和他的同事所构想的“思维实验”——取他们三个人名字的第一个字母,因而叫做 EPR 佯谬,是设想两个有旋转的粒子,它们相互作用并分离到无限远的距离。我们从它们相互作用的方式知道,每一个粒子具有一个等量但符号相反的“自旋”值:如果一个的自旋是“向  
上”,则另一个的就“向下”。这样,粒子 A 的自旋,就可以从粒子 B 的自旋推断出来。但是在量子力学中,两个粒子的自旋都处在一种不定的状态——“向上并且向下”——直到测量做出为止。测量使得粒子 A 的自旋在测量时刻成为“向上”或者“向下”,但是由于量子相关性,粒子 B 必须也立刻被迫接受一个确定的自旋,即与 A 的自旋相反。这一结果确保成立,不论粒子 B 与 A 的距离已经是多少个光年。我们不需要去测量 B 的自旋,因为一旦 A 的自旋测出,B 的自旋也就知道了。这种遥远距离上鬼使神差般的作用看上去意味着,两个粒子之间的联系,是由一种传播得比光还快的物理作用来进行的。
 
由这一分析可以看到,EPR 佯谬的论点是,量子论不能给出一个现实存在的客观描述,并且,量子论也是不完备的,因为它包含了如此非物理的、“非局部的”相关性。从那以后,很多研究都在探寻量子描述的某种更深一层的基础——即一种“隐变量理论”,它或许会以一种决定性方式说明这种相关性,并且可能进一步接受最后仲裁——即实验验证。这样的验证已经按照一个实际的 EPR 实验的路子搞了起来,它的结果会由于隐变量所支配或者是量子论所支配而有所不同。
 
对爱因斯坦和他的追随者来说不幸的是,量子论还是赢了。1982 年,阿斯佩克特(AlainAspect)和他的同事在巴黎理论和应用光学研究所证实,看来确实有一种超光速的联系存在于遥远的时空区域之间。两个在宇宙中远远分离的粒子,可以以某种方式组成一个单一的物理整体。这样看来,量子不确定性所暗示的那种疯颠独特的宇宙确是存在着:上帝的确是在把宇宙当做骰子玩耍。并且,我们必须得出结论说,爱因斯坦所想象的、一个完全用科学描述的决定性实在,只是一个无法捉摸的幻想,它来自我们对世界的“常识”看法。