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量子力学的恼人概念和问题(全局诠释之三)

已有 2407 次阅读 2020-8-16 09:54 |个人分类:量子力学|系统分类:论文交流| 量子力学

即使我们已经有了更惊人的想法和概念,比如宇宙如何诞生,大统一理论,基因设计,人工智能统治,等等,量子力学中的很多概念却总是最烧脑的。即使科学界对量子纠缠,量子计算等神奇概念仍然存在批评声音,很多科普或者推广场合,不强调几句量子概念没法懂,就让人觉得不上档次。量子已经成了一块最耀眼的招牌。

费曼曾经说过,没有人懂量子力学。这句话经常被一些批评我的人引用,作为我不懂量子力学的证据。这样批评我当然很可笑的,因为这意味着,他们不但承认自己不懂,还不许别人进一步研究明白,因此被我嘲笑为“量子力学不懂派”。

量子力学究竟有那些概念让科学家们感到不快呢?

这里不可能把每一个问题介绍清楚,因为每一个问题都需要很长时间才能说清楚是怎么回事。好在这里列举的大部分问题都已经有很多介绍和讨论。这里只作简单的介绍。有几个问题是我提出来的,还没有任何人介绍过,我会稍微详细一点说明。

波粒二象性

物质是波还是粒子?什么叫做又是波,又是粒子?波同时分布在一个时空范围,而粒子一般有明确的大小。

测量问题

一般我们计算或者讨论物理过程,都是连续的,可以研究连续变化的过程,跟踪各种物理量的连续变化。但是量子力学中的测量和所有的公式都不一样,满足的规则只有一个,就是随机瞬时发生,可以导致所有物理量不连续。特别地,如果测量前处在几个能量本征叠加态上,测量后只能得到某个能量,测量前后能量不守恒。角动量也会有同样的问题。可是这些量本来都应该是守恒量。

经典体系中,一般认为测量不影响体系状态。量子体系中,测量引起系统突变,不可逆。

测量只有解释,没有数学表达,和理论其它部分割裂。

测不准原理

经典物理中,粒子可以同时拥有的性质,比如,位置和速度,原则上不可能同时测准,互相排斥。一个量越确定,另一个量一定越不确定。

基本粒子属性问题

一个经典物体,我们可以测量与它有关的各种物理性质。这些性质自洽,有明确的物理图像,可以理解,比如大小,动量,质量,角动量,等。但是在量子力学中,基本粒子的基本属性只能人为定义,把它们当成粒子的内禀属性。无法理解,没有物理图像。比如一个电子多大?如果是测量的或者经典定义的那么大,自旋就不可能是测量到的那个数值,因为它必须转动得超过光速。再比如光子,它没有静质量,却有动量,还可以有角动量。

实在性

就是客观实在性。由于一个量子客体,不测量则不知道它的性质,测量却改变了它,那么测量前,它究竟有没有一个客观的状态呢?爱因斯坦认为有,玻尔认为没有,或者说,无法知道。“月亮如果我不去看它,它就不存在吗?”就是这一争论的放大。

量子纠缠(非局域性)

量子纠缠的两个粒子,即使相隔非常远,也能瞬时相互影响。这一图像违背了相对论,但是支持者们声称,无数的实验已经无可辩驳地证明了这一现象。

我们发现不是这样,实验并没有证明支持者们的主张。

量子信息相关研究方向坚持这一主张。

决定论

经典物理原则上是决定论的。也就是未来完全由过去的物理状态决定。量子力学中,所有的未来都是可能性。未来向哪一个可能发展,量子力学给不出来,只能给出每一个分支的可能性。当然也有一些别的解读,比如多宇宙诠释。

延迟选择实验

量子干涉实验已经够让人费解了。延迟选择实验,也就是,看起来,未来的选择改变了粒子过去的状态,即在未来改变过去,现在仍然被当作量子力学,或者说量子体系,极端神奇的一种现象。实验似乎都支持未来改变过去的主张。

光子问题

作为基本粒子属性无法理解的一个特例,光子尤其无法理解,甚至理论上也不自洽。比如,光子究竟有确定的能量,还是没有?每个答案都有适用之处,也有与实验矛盾之处。光子的轨道角动量是个什么鬼?你能想象一个没有质量(因为在运动方向的平面上),运动速度为光速,不可约束的东西,会绕着一个东西旋转吗?

全局诠释如何看?

全局诠释中,将给出以上所有概念符合认知直觉的物理图像,并给出自洽的解释。




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