※ 本文转录自 [Uefacool] 看板 作者: uefang (云飞-Smith) 看板: Uefacool 标题: [Phys] 狭义相对论的危机 时间: 2009/06/13 Sat 14:26:09 ※ 本文转录自 [uefang] 信箱 作者: [email protected] ([email protected]) 标题: [分享] 狭义相对论的危机 时间: 2009/06/13 Sat 09:46:44 作者: zmcse (zmcse) 看板: AAAAAAAA 标题: [分享] 狭义相对论的危机 时间: Tue Apr 28 00:07:06 2009 如同许多量子效应一样，缠结这种现象抵触了我们对世界最根本的直觉，也 可能危及爱因斯坦的狭义相对论。 撰文╱艾伯特（David Z Albert）、加千（Rivka Galchen） 翻译／张明哲 重点提要 ■子力学透过「缠结」的性质，使两个粒子不需中介就可互相同步，展现 出超距作用。这是一种「非局部效应」。 ■相对论也造成了严重的问题，物理学的根本为之动摇。 如果要移动一颗石头，根据直觉，就是得去推它，或是拿一根棍子去碰触它 ，或是下达指令，透过空气振荡传播到某个人的耳朵，叫他手持棍子去戳石 头，或是其他类似的办法；更直截了当地说，这直觉意味着东西要紧靠在一 起，才能发生直接影响。如果A不在B旁边，但却能影响它，那效应一定不是 直接的，而是以一连串事件做连结，每个事件直接影响下一个，经由一段距 离依序从A传到B。每当我们以为找到了违反这项直觉的例外，结果总会发现 并非如此，例如，扳开开关点亮城市里的街灯（但仔细一想这是透过电线传 递的），或是听BBC的广播（但我们接着会想到这是透过空中的无线电波） 。至少，在日常生活经验里，我们是找不到的。 我们把这种直觉的想法称为「局部性」（locality）。 量子力学颠覆了许多直觉，但没有一个比推翻局部性来得更意义深远。而且 它为狭义相对论（21世纪物理学的基石之一）带来的危机，迄今未能解决。 量子力学挑战直觉 回溯至量子力学发展之前，以及用科学来探索自然之初，学者相信，理论上 这个物理世界可以藉着世界最小、最基本的物理元素，得到完整的描述。也 就是说，把所有物理元素的小故事集合起来，就可以完整表达出这个世界的 故事。 但是量子力学违反了这个信念。粒子集合体所表现出的真实、可测量的物理 特徵，有可能并非个别粒子特徵的总和，甚至毫无关联。例如，根据量子力 学，我们可以让一对粒子相距恰好两公尺，但是两个粒子各自却都没有确切 的位置。除此之外，「哥本哈根诠释」这个理解量子物理的标准方法（於20 世纪初经由伟大的丹麦物理学家波耳加以宣扬，而後一代一代传授下去）坚 持，并不是我们不知道个别粒子的准确位置，而是这个答案根本就不存在。 询问单一粒子的个别位置，就像询问数字5的婚姻状况一样，是一个毫无意 义的问题。这不是知识论（我们知道什麽）的问题，而是本体论（它是什麽 ）的问题。 物理学家说，以这种方式连结起来的粒子，会形成量子缠结。受缠结的性质 可以不是位置：两个粒子可以用相反的方向自旋，但没办法确定何者为顺时 针；或是确定有一个粒子处於激发态，但没办法知道是哪一个。粒子的缠结 和它们各自的位置、身份以及彼此的作用力无关，原则上，它们大可以是星 系两端的电子与中子。因此，缠结让物质以一种过去想像不到的方式产生密 切关联。 量子计算与量子密码学是一种崭新且潜力无穷的技术，而缠结则是幕後的推 手。它们可以解决一些一般电脑实际上解决不了的问题，并且提供不会被窃 听、绝对安全的讯息传递方式（参见2005年2月号〈量子传讯，绝对机密〉 与2008年9月号〈用离子做量子计算〉）。 然而，缠结似乎也造成一种极度诡异、强烈违反直觉的「非局部性」现象： 不需触碰（或触碰连锁动作的其中一步）就可能在物理上对某物造成影响。 非局部性意味着在美国爱荷华州打出一拳，可以打落在德州的人的牙齿，完 全不需透过中间各州任何物体的协助，不需动到一颗气体分子、电线里的一 颗电子或一束闪光。 除了这奇怪无比的特性，非局部性最令人担心的是它对我们所知的相对论造 成严重威胁。这个老问题在过去几年终於得以进入物理研究的殿堂，并成为 辩论重心，它或许终将使物理学的根基为之解体、扭曲、重塑、强化甚至崩 坏。 实相的根本变革 爱因斯坦对量子力学有许多忧虑，对其机率本质的担忧（他的名言：「上帝 不玩骰子」）只是其中之一。但是唯一让他愿意花时间写篇论文正式表述反 对意见的，和量子缠结的奇特性质有关，这个反对意见是EPR论证（以爱因 斯坦和同事波多斯基以及罗森三位作者的姓式缩写来命名）的核心（参见42 页〈EPR想像实验〉）。在他们1935年的论文〈量子力学对物理实在性的描 述是完备的吗？〉中，他们的论证严谨地回答「不」。 他们的关键论证运用到量子力学（或其数学算则）里的一项特性来预测实验 结果。假设我们要测定一个粒子的位置，而它与另一个粒子有量子缠结，如 前所述，它们个别都不会有准确的位置。但当我们得知测量结果後，因为知 道了第一个粒子的位置，所以对它的描述自然会改变。然而算则告诉我们， 对第二个粒子的描述也得瞬间改变，不管它的距离有多远，或两个粒子间是 否隔着其他东西。 【欲阅读更丰富内容，请参阅科学人2009年第86期4月号】 http://sa.ylib.com/read/readshow.asp?FDocNo=1359&CL=4 --

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