对 ERP paradox 的一点思考

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雄心


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对 ERP paradox 的一点思考 [文章类型: 原创]

虽然学习过一些物理知识,但对于深度的了解只限于科普层次。读到一些对于ERP 和量子信息学的文章,总觉很难真正明白里面的道理。尤其对于处于关联态的两个电子或光子之间这种隐含作用的机制实在无法接受或者领会。
自1935年 Einstein, Rose, Podolsky三人在 Phys Rev 47,777 (1935)发表了一篇思想实验的文章以来,对于这个思考就一直没有停止过。本身也对量子力学的完备性提出不少疑问。到如今,在科学实验中也证实这种粒子之间的关联并可以用于量子通讯。 然而对于距离无穷远的两个关联粒子之间如何建立起瞬间作用确一直没有可以信服的模型。
以电子为例子,两个关联的电子(自旋同反)一旦产生,无论运行多远,其中一个粒子翻转自旋,另外一个会立即翻转。除非关联状态被破坏。 作为费米子的电子来讲,自旋本身也是一个不那么容易理解的内禀特性。在超对称中,每个费米子对应一个波色子,反之亦然。这种对应相当于存在两个世界的粒子之间的联系。而我们对另外一个世界的粒子之间如何作用的了解几乎很少。十分会持有相同的物理规则我并不了解。 但联系两者,ERP的隐含作用倒是很有可能是通过超对称粒子完成。


e_up e_dn
---------------
p_up p_dn

当处于我们所探测世界的电子关联起来的时候,这种关联会建立在另外一个世界的关联。当电子在我们所在世界运行一定距离,另外一个世界的关联粒子可能仍旧处在临近状态。在我们空间的距离和另外空间的距离含义可能完全不同。因此,尽管电子彼此相离十分遥远(相对电子的物理尺寸),但任何一个电子状态的转变确通过超交换粒子对交互信息。这个过程中,信息能够守恒。
e_up>+e_dn>+p_up>+p_dn>= e_dn>+e_up>+p_dn>+p_up> 在物理空间看
(e_up>+p_up>)+(e_dn>+p_dn>)= (e_dn>+p_dn>)+(e_up>+p_up>) 在信息空间看
因此这个假设如果有一点可取之处,就是将瞬间传递的困难暂时转移给信息传递的问题。我们传递信息在这个过程需要付出的能量就是变化电子自旋的能量。而这个能量应该等于电子和超对称粒子之间交换信息的能量。不懂超对称理论,不知道如何能够计算这个过程的能量问题和如何建立哈密顿项。如果我们能够探测到超对称粒子,建立超对称粒子关联,我们也应该可以探测到和它们对应的电子之间改变被一个神秘之手。如果这个实验成为可能,将成为一个直接验证。

这个奇想并没有任何物理根据,只是基于一个单纯好奇心的自问。有意思的是,沿着这个思路,信息成为一个物理量。基本粒子倒是保持这个基本量所需要的“砖头”。宇宙中无数的事件中,一个基本条件是满足信息的守恒。也就是一种关系。一种彼此对应的关系。这种关系是瞬间传递,虽然我们的世界存在基础是基于粒子,受三维空间的局限,但信息的传递因为是通过超对称的存在而进行。即使在我们所在三维空间的实体受到毁灭,这个信息关系仍旧可以通过超对称粒子的存在而得到保存。除非超对称空间受到干扰。这个里面有一个不对称的因素可以看到。 即三维空间的形体瓦解是一个不可逆的过程。虽然在超对称粒子空间信息得到保存,但无法改变三维空间实体分离的事实。超对称空间好像是我们世界的一个信息库,我们世界的存在好像类似一个瞬间的演化。可以有无穷多的表现形式和进程。而三维空间的进程走向有序化对这个信息库具有十分重要意义。 虽然在这个信息库中,信息能够保持多少时间的有序是一个未知的情况(时间以超对称库存在历史决定)。 磁学中,电子自旋的关联可以保持十分长久在铁磁体中,在没有干扰的情况下。因此猜测,在超对称空间中,粒子同种关联越大,这个信息畴越稳定。因此三维空间的有序,可以体现在信息空间的有序。

在三维空间的粒子都有自旋特性,这个行为可能是满足信息稳定的一个必要因素。即通过这个行为划分界限,定义自身存在。在超对称粒子世界,是否也一定需要这个就不得而知。从理论中看,似乎仍旧有意义,保持信息稳定并建立关联。

以上观点是一些个人点滴思考。

发表时间: 2006-09-12, 08:12:36 个人资料

CoolingRib


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Re: 对 ERP paradox 的一点思考 [文章类型: 原创]

“...两个关联的电子(自旋同反)一旦产生,无论运行多远,其中一个粒子翻转自旋,另外一个会立即翻转...”

这个我不理解...

发表时间: 2006-09-12, 09:33:29 个人资料

雄心


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Re: 对 ERP paradox 的一点思考 [文章类型: 原创]

这个是实验事实。 自旋相反。不是同反。

“...两个关联的电子(自旋同反)一旦产生,无论运行多远,其中一个粒子翻转自旋,另外一个会立即翻转...”

这个我不理解...

发表时间: 2006-09-12, 09:37:33 个人资料

西门吹牛


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Re: 对 ERP paradox 的一点思考 [文章类型: 原创]

“...两个关联的电子(自旋相反)一旦产生,无论运行多远,其中一个粒子翻转自旋,另外一个会立即翻转...”

这种理解从概念上就错了。为了让你明白怎么个错法,我用一个“经典力学”的观念来类比(有人就是用这种办法来理解EPR,尽管并不对,却可以提供一个启发性、类比性的理解):

假如你跟你的一个好朋友分手,各自去远方,为了表示对彼此的怀念,你们把一张100元人民币的钞票撕成两半,你们各人拿一半,但是你们相互事先约好了,你们两人事先并不知道自己拿着的那半张钞票到底是哪一半,而且也不准拿出来看,一直到你们各自去了远方,当你们天各一方时,才能打开看自己的那一半。当你们终于天各一方时,你们俩同时拿出了属于你们各自的那半张钞票,当你看到它属于“这一半”时,你立即就知道,你朋友手上拿到的、因而他此时此刻看到的是“另一半”;反之亦然。

在这里,你看钞票和你朋友看钞票,都是一种观测行为,尽管你们相隔万里,你一旦观测到自己手上的半张钞票是“这一半”,万里之外的朋友在同一瞬间观测到他手上的半张钞票恰好是“另一半”;反之,你一旦观测到自己手上的半张钞票是“另一半”,万里之外的朋友在同一瞬间观测到他手上的半张钞票恰好是“这一半”。

上面只是一个不太恰当的类比。决不是真正地理解EPR的答案。

钻研这种问题,前提是需要系统学习量子力学,对量子力学有相当的掌握和理解。如果只是钻研EPR这个问题,却不懂量子力学,属于“思而不学则惘”。

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发表时间: 2006-09-12, 10:17:57 个人资料

追忆


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Re: 对 ERP paradox 的一点思考 [文章类型: 原创]

关于量子力学,我有个疑问

量子的本质究竟只是一种(量子化)形式,还是也是一种物质(有人曾经居然质疑是"磁荷",我看了之后极晕)?

哪位老师愿意帮忙简要回答一下,助我学习上的一臂之力

非关癖爱轻模样,冷处偏佳,别有根芽,不是人间富贵花;
谢娘别后谁能惜,漂泊天涯,寒月悲笳,万里西风瀚海沙.

发表时间: 2006-09-12, 11:06:44 个人资料

雄心


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Re: 对 ERP paradox 的一点思考 [文章类型: 原创]

这个ERP不是一个简单观测效应。确切的讲,当你看到自己拿的一半时候,自然明白对方是拿的另外一半。但实验证明,当另外一个人过来将你这一半调换了方向,在远方的朋友手中的钞票同时会调换!里面有物理的作用。


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这种理解从概念上就错了。为了让你明白怎么个错法,我用一个“经典力学”的观念来类比(有人就是用这种办法来理解EPR,尽管并不对,却可以提供一个启发性、类比性的理解):

假如你跟你的一个好朋友分手,各自去远方,为了表示对彼此的怀念,你们把一张100元人民币的钞票撕成两半,你们各人拿一半,但是你们相互事先约好了,你们两人事先并不知道自己拿着的那半张钞票到底是哪一半,而且也不准拿出来看,一直到你们各自去了远方,当你们天各一方时,才能打开看自己的那一半。当你们终于天各一方时,你们俩同时拿出了属于你们各自的那半张钞票,当你看到它属于“这一半”时,你立即就知道,你朋友手上拿到的、因而他此时此刻看到的是“另一半”;反之亦然。

在这里,你看钞票和你朋友看钞票,都是一种观测行为,尽管你们相隔万里,你一旦观测到自己手上的半张钞票是“这一半”,万里之外的朋友在同一瞬间观测到他手上的半张钞票恰好是“另一半”;反之,你一旦观测到自己手上的半张钞票是“另一半”,万里之外的朋友在同一瞬间观测到他手上的半张钞票恰好是“这一半”。

上面只是一个不太恰当的类比。决不是真正地理解EPR的答案。

钻研这种问题,前提是需要系统学习量子力学,对量子力学有相当的掌握和理解。如果只是钻研EPR这个问题,却不懂量子力学,属于“思而不学则惘”。

发表时间: 2006-09-12, 11:48:31 个人资料

sage


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Re: 对 ERP paradox 的一点思考 [文章类型: 原创]

但实验证明,当另外一个人过来将你这一半调换了方向,在远方的朋友手中的钞票同时会调换

which experiment?

发表时间: 2006-09-12, 14:24:48 个人资料

雄心


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Re: 对 ERP paradox 的一点思考 [文章类型: 转载]

钞票变化只是一个类比。 实验中对于ERP的认识可以参考如下文献。起因在1935年的量子力学的讨论中。 1957年有一篇文章讲到这个命题,并在实验中论证。

Discussion of Experimental Proof for the Paradox of Einstein, Rosen, and Podolsky
Phys. Rev. 108, 1070–1076 (1957)


[1] Wheeler J A and Zurek W H 1983 Quantum Theory and Measurement (Princeton, NJ: Princeton University
Press)
[2] Einstein A, Podolsky B and Rosen N 1935 Phys. Rev. 47 777
[3] Schr¨odinger E 1935 Naturwissenschaften 23 807
Schr¨odinger E 1935 Naturwissenschaften 23 823
Schr¨odinger E 1935 Naturwissenschaften 23 844
[4] Zurek W H 1991 Phys. Today 44 36
[5] Bennett C H and DiVincenzo D P 2000 Nature 404 247
Esteve D, Raimond J-M and Dalibard J (ed) 2004 Les Houches 2003 Session LXXIX: Quantum Entanglement
and Information Processing (Amsterdam: Elsevier)
[6] Wootters W K and Zurek W H 1982 Nature 299 802
[7] Bennett C H et al 1993 Phys. Rev. Lett. 70 1895
[8] Bouwmeester D et al 1997 Nature 390 575
[9] Ekert A K 1991 Phys. Rev. Lett. 67 661
[10] Jennewein T et al 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4729
Naik D S et al 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4733
Tittel W et al 2000 Phys. Rev. Lett. 84 4737
Ribordy G et al 2001 Phys. Rev. A 63 012309
Poppe A et al 2004 Opt. Express 12 3865
[11] Shor P 1997 SIAM J. Comp. 26 1484
Grover L 1997 Phys. Rev. Lett. 79 325
[12] Wu C S and Shaknov I 1950 Phys. Rev. 77 136
[13] Bell J S 1964 Physics 1 195
[14] Kocher C A and Commins E D 1967 Phys. Rev. Lett. 18 575
[15] Freedman S J and Clauser J F 1972 Phys. Rev. Lett. 28 938
[16] Clauser J F and Shimony A 1978 Rep. Prog. Phys. 41 1881
[17] Aspect A et al 1981 Phys. Rev. Lett. 47 460
Aspect A et al 1982 Phys. Rev. Lett. 49 91
Aspect A et al 1983 Phys. Rev. Lett. 49 1804
[18] Tittel W et al 1998 Phys. Rev. Lett. 81 3563
[19] Weihs G et al 1998 Phys. Rev. Lett. 81 5039
[20] Rowe M et al 2001 Nature 409 791
[21] Santori Ch 2002 Phys. Rev. B 66 045308
Ulrich S M 2003 Appl. Phys. Lett. 83 1848
[22] Mandel L 1999 Rev. Mod. Phys. 71 S274
Zeilinger A 1999 Rev. Mod. Phys. 71 S288
Tittel W and Weihs G 2001 Quant. Inf. Comput. 1 3
[23] Kwiat P G et al 1995 Phys. Rev. Lett. 75 4337
Kurtsiefer Ch et al 2001 Phys. Rev. A 64 023802
[24] Rarity J G and Tapster P R 1990 Phys. Rev. Lett. 64 2495
[25] Brendel J et al 1992 Europhys. Lett. 20 575
Kwiat P G et al 1993 Phys. Rev. Lett. 47 2472
[26] Ou Z Y et al 1992 Phys. Rev. Lett. 68 3664
Silberhorn Ch et al 2001 Phys. Rev. Lett. 86 4267
Bowen W P et al 2002 Phys. Rev. Lett. 89 253601
[27] Zeilinger A et al 1997 Phys. Rev. Lett. 78 3031
Bouwmeester D 1999 Phys. Rev. Lett. 82 1345
Pan J-W et al 2001 Phys. Rev. Lett. 86 4435
Zhao Z et al 2004 Nature 430 54

发表时间: 2006-09-12, 16:02:28 个人资料

sage


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Re: 对 ERP paradox 的一点思考 [文章类型: 原创]

但实验证明,当另外一个人过来将你这一半调换了方向,在远方的朋友手中的钞票同时会调换!里面有物理的作用。

I don't think this is true. And, this is not what EPR suggests either. EPR correlation does not involve propagation of any physical signal. It is a common mis-conception that it violates special relativity.

I suggest you to read the relevant chapter in

J. J. Sakurai, Modern Quantum Mechanics.

发表时间: 2006-09-12, 17:37:49 个人资料

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Re: 对 ERP paradox 的一点思考 [文章类型: 原创]

但实验证明,当另外一个人过来将你这一半调换了方向,在远方的朋友手中的钞票同时会调换
---------------------------
如果你上面这种理解来自于某个科普,那我只能说这种科普的确害人,因为科普作者自己都没有搞懂。

假如两个电子A、B构成总自旋为零的纠缠态,它们分离一光年的距离之后,对其中一个电子A测量,发现A的自旋为up,那么当一光年之外的另一个观察者对另一个电子B进行观察时,将会100%地发现这个电子B自旋为down;反之,如果测得电子A自旋为down,那么对电子B进行测量时,必定发现自旋为up。

因此,你可以看到,这里离不开测量。测量使得叠加纯态向本征态之一坍塌。

EPR实验中,并不涉及某种物理作用的瞬间传播。在我看来,这里只存在一种量子逻辑上的关联:由于电子A、B构成总自旋为零的纠缠态,A、B之间存在的这种量子关联,从知识信息的角度看是一种逻辑联系——A up则B down;A down则B up。因此如果我们对上述纠缠电子对之一(A)进行测量,当A的自旋状态向up“坍塌”(即自旋状态投影到本征态之一的up)时,对B进行测量则必然发现B处于down;反之亦然。

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发表时间: 2006-09-13, 01:24:09 个人资料

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Re: 对 ERP paradox 的一点思考 [文章类型: 原创]

问题是,如果我们将其中一个电子自旋改变方向,这个是一个物理操作,不仅仅是一个态的坍塌。 这种情况下,一光年之外的电子凭什么知道这个电子转变方向了?
量子逻辑确实能够解释ERP,就我看来并没有回答本质问题。

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假如两个电子A、B构成总自旋为零的纠缠态,它们分离一光年的距离之后,对其中一个电子A测量,发现A的自旋为up,那么当一光年之外的另一个观察者对另一个电子B进行观察时,将会100%地发现这个电子B自旋为down;反之,如果测得电子A自旋为down,那么对电子B进行测量时,必定发现自旋为 up。

因此,你可以看到,这里离不开测量。测量使得叠加纯态向本征态之一坍塌。

EPR实验中,并不涉及某种物理作用的瞬间传播。在我看来,这里只存在一种量子逻辑上的关联:由于电子A、B构成总自旋为零的纠缠态,A、B之间存在的这种量子关联,从知识信息的角度看是一种逻辑联系——A up则B down;A down则B up。因此如果我们对上述纠缠电子对之一(A)进行测量,当A的自旋状态向up“坍塌”(即自旋状态投影到本征态之一的up)时,对B进行测量则必然发现 B处于down;反之亦然。

发表时间: 2006-09-13, 03:59:28 个人资料

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Re: 对 ERP paradox 的一点思考 [文章类型: 原创]

shunya兄在回复我的那个帖子中,指出了楼主所犯的错误:
“雄心的严重错误在于,他认为在A已经观察了硬币之后,翻转A的硬币会导致B盒子中的硬币自动翻转,甚至B打开盒子之后也会看到手中的硬币被翻转。这显然是严重错误的。”

显然楼主对EPR悖论到底是怎么回事,存在严重的理解错误。我在重新开的那个帖子里面,尤其是那个补充帖子中,大致说明了EPR悖论涉及到的物理内容。

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发表时间: 2006-09-13, 06:25:05 个人资料
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