不过GRW的粉丝说,如果把人也加到系统里,坍缩时间就是瞬间了。也就是说如果没人看,感光板上就没有光子,有人看就能看到光子。好吧,你们高兴就好。
七、贝尔不等式
不确定性和叠加态坍缩是量子物理的基本盘,不过咱们上面说过了,对于坍缩一直没有特别好的解释,无论是意识决定论还是平行宇宙,都有点太过匪夷所思。爱因斯坦一直对这个不感冒,他联合另外两个小伙伴,一块提出了EPR佯谬。这个理论说,如果用某种方式制造两个纠缠的量子,然后把其中的一个送到天边,按照量子理论,这两个粒子现在处于叠加态纠缠在一起,纠缠量子一个被观测后另外一个马上得到消息,并作出相反的动作,这个传输是瞬间,不管他们在什么距离范围内。可是按照这个推论,这种信息传播速度超越光速,与相对论违背,与定域性发生冲突。
所以爱因斯坦说,这两粒子的状态在分开时就已经确定了,粒子之间不可能隔空打call。
哥本哈跟派都没吭声,一方面因为爱因斯坦是大拿,拿出相对论的大帽子压人,谁也不敢说什么。另外一方面这个东西确实不好通过实验证实,因为能量守恒,两个粒子旋向相反,这一点无论爱因斯坦还是哥本哈根派都认,可是光凭这一结果没法证实是观测的时候两个粒子才互相商量,还是纠缠粒子分离的时候就已经确定。
不过有个贝尔的爱因斯坦粉丝,决定帮老师一把,说EPR佯谬可以被实验证实。原理是虽然粒子遵守能量守恒定律,旋向总是相反,可是转轴却不固定,如果在空间三个方向分别测量两个纠缠粒子的旋向,转轴应该是测量时才会确定。把转轴(实际上把测量方向也作为一个变量引入实验)也引入实验中,就可以看出测量到底对结果有没有影响。按照这个理论,他推导出贝尔不等式,如果粒子的旋向分开时就确定,贝尔不等式永远成立。论文发表以后,贝尔洋洋得意,量子物理学家,你们敢不敢试一试?
没过多久,贝尔就被打脸了,一个接一个实验推翻了贝尔不等式,量子纠缠被实验证实,并不是两个粒子在分开时就商量好转向,而是在观测时,被观测的粒子影响了另外一个粒子。这就证实了观测的作用,纠缠光子的自旋方向,并不是一开始就确定,而完全取决于你的观测方向,换句话说,你让他在哪个轴他就绕哪个轴,只不过旋向一定相反,量子物理是正确的。
这种作用是超越光速,事实上在观测之前,两个纠缠粒子可以看成一个,不管他们离的多远,他们还是一个东西,观测的一瞬间才真正分离。贝尔摸着红肿的脸,为自己的神助攻给爱因斯坦道歉,对不起老师,我真不是卧底。
多说一句,如何理解量子的纠缠态,比如两个电子相撞,本身各有波函数(注意一定要理解为波),碰撞以后融合成一个波函数,这时候两个电子就纠缠在一起,依据能量守恒定律,其中一个坍缩,另外一个也同时坍缩,并且结合起来能量守恒。
八、尾声
整体上来说,微观世界的研究表明,世界的本质是不确定的,越到微观这种不确定性越明显,我们感觉不到物质飘忽不定,只是因为宏观世界粒子的数量足够大,不确定性叠加导致确定性的发生。这种变化叫坍缩或者退相干或者平行宇宙。但是微观和宏观界限并不明显,也就是世界什么时候由不确定性转变为确定性,这个还没搞清楚。
再聊聊量子物理的应用。严格意义上说,量子物理还没有得到真正的应用。我们现在说的所谓半导体、原子钟、原子弹,都只是停留在粒子应用层面。