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陶三来上课(6)——那么就聊几句Entanglement:(量子)纠缠

(2024-07-02 11:34:47) 下一个

从开始写这个系列,就有人追着我吵,所以先说明一句,多谢关注,很抱歉我无意讨论这些,只是把自己知道并且认为对的说出来,如果你有不同意见或者观点或者解释,那很好,请继续保持。

说到量子力学这门学科,内容既不是量子,也没有什么黑猫白猫,也没有波。唯一唯一有的,是波函数,Psi(Ψ),它是单词Psychology的第一个字母,词根是ψυχ?,希腊语的意思是life, soul, 或者heart。

理论物理界有个很重要的会议,五年一次,叫Psi-K,名字就是从这个字母来的。

下面ViBRAVO5说很看不上Zeilinger去找达赖喇嘛求教,我觉得倒是无所谓,如果他觉得跟他讨论对他理解问题有帮助,那很好啊——生命宝贵,何必浪费在无聊无趣无益的人那里?我本人对达赖印象不差的,很是看过他写的几本书。

原来孩子的牙医,是一个罗马尼亚过来的胖胖老人家,Waiting Room墙上有很醒目的达赖喇嘛名句镶在匾里,Happiness is the highest form of health。

每次都热情极了,看着我们孩子眼里能冒出小星星,给孩子钻牙空挡不忘正经事,哎呀你长得真是太好看了,Pozerlan一样啊,你几岁?......不到7岁?那等你长大了做我女朋友好不好?

小家伙那里理这些,都是一脸不耐烦,只想赶紧完赶紧走。

后来孩子们长大了不用再那么频繁看牙医,他也退休了。

流光流月流年。

波函数最直接的作用,是计算(某个)结果出现的概率。然后呢,从波函数很容易导出频率,从频率很容易得到能量——能量也就是力,那是系统某一状态存在的直接原因。

波函数长什么样?不知道,不过波函数要满足薛定谔方程。这是线性方程,当然满足线性方程的特征,比如如果某一矩阵作用到某个解,那么还是方程的,两个解的线性组合,还是方程的解。

这都没什么,小小数学把戏。

线性组合之后的表达,有个专门的名词,叫两个解的superposition——继续没什么,还是数学推导(推公式对学数学的来说真真是小case),最多可以用来解释什么猫既是死又是活这么简单的道理。

所以很多时候学数学的经常嘲笑学物理的瞎忙自己绕自己。

Entanglement被称为量子力学的Quantum-ness。

假设一个粒子(particle)的某个特征守恒(conserved),无所谓是什么,为了简单,就说是spin好了。如果初始状态spin的特征为0,当它衰变成两个粒子,那么会一个(+1)spin一个(-1)spin,或者反过来。

Entanglement最关键的点是,它不再依赖于你选的薛定谔方程的解(当然很多解),只是superposition的某一种状态,粒子间的correlation, 或者可以理解成量子力学的一种很不常见的宏观世界(macroscopic non-quantum)的特性。

为什么这么说?我再举例。

你有一双新鞋,装在鞋盒里,那么必定一只左脚一只右脚(我不举特例,无意搬杠)。

如果你闭眼选一只,自己不看,装封寄给我,也就是你并不知道是哪一只给我,而我拿到鞋的时候,会马上知道你的那只是左脚还是右脚(这里爱因斯坦有一个形容,他说这种信息传播速度比光速还快)。

这是宏观世界很容易理解的Entanglement。中文不也说,(如果)我是你肚里的虫,(那我当然知道你怎么想)。

回到上面的微观量子范畴,继续两个spin的例子。

如果你测量到其中一个的,那么你自然知道了另外一个的状态,也就是说,Entanglement体现的是一种相关性(correlation)。

这有什么意义?

很有,spin的不确定性消失。

Entangle State薛定谔的原文是Verschränkte Zustände,德语完全没有中文“纠缠”两个字的意思,更直接的翻译是,受限,受损(我自己不知道为什么中文会这样译,所以我经常看不懂中文在说什么),它其实是说,某些粒子性的消失。

这件事再往前追溯的话,起因是我曾经提到的EPR Paper。Zeilinger带领他的实验小组观测到的这个现象,他那篇文章很短,关于Monmentum Entanglement,加Abstract只有6页。

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评论
futufutu 回复 悄悄话 你能解释一下单光子双缝实验吗?
超高速摄像机被放到了实验现场,准备亲眼看看光子究竟穿过了哪条缝隙,但诡异的事情发生了:射出的光子好像知道摄像机在观察,它竟然呈现出了粒子性质,屏幕上的斑马线也不知在何时悄悄变成了两道杠,而物理学家将摄像机移除后,光子又敏锐的察觉到了这个变化,两道杠立刻变成了斑马线。
油翁 回复 悄悄话 非常感谢donau的有趣而生动的文章,对量子力学和达赖喇嘛的谈论让人耳目一新。但波函数的数学推导确实有点让人摸不着头脑。
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