|
在人間按：這篇文章所說的一切問題將被“延遲實驗”解決并證明。確實是主觀的介入，改變了客觀的世界。 在人間：高月明先生在核心秘密：波粒二相性一 文中，關于"量子退相干"這個實驗，得出的結論過于草率。這個實驗的關鍵是在那個光源，而不是主觀的介入。量子的不確定性和不可測量性，是因為現在科學的 測量手段都會對被測量物產生干擾啊~~其實問題的關鍵是光子的自干涉現象，我覺得因為粒子移動自身產生的電磁場反過來又影響了它自身的運動，感興趣的話可 以看看下面的文章。 核心秘密：波粒二相性原文如下： 實驗7. 當 科學家在縫隙處放上監視器，再用電子槍向帶有兩個縫隙的擋板發射許多電子的時候,竟然驚訝地看到，電子們（或者說一道光波）在監視器處突然變成了如臺球 （即顆粒狀）一樣的粒子嗖嗖地飛過，而且在后面的屏上不再形成干涉條紋，而是如同在實驗2中用臺球槍向帶有兩個縫隙的擋板發射臺球時的情況一樣，在屏上會 形成兩道電子條紋。就是說，在縫隙處放上監視器的實驗完全證明了電子是個粒子，而且其波的屬性立刻消失了。 也即如同在實驗2中發射臺球的情況一模一樣，一個電子粒子一次也只能穿過一個縫隙。即一個電子絕不會像波一樣同時穿過兩個縫隙。比如說，假如你只發射一個 電子，那么如果在縫隙1處看到一個電子通過了，那么在縫隙2就絕不會有電子通過。如果在縫隙2處看到有電子通過了，那么縫隙1處就絕不會有電子通過。 非常清楚地說，如果裝上了監視器，電子就變成了一個我們非常熟悉的常識性的狀態——它是一個實在的粒子。而且如同實驗2中的臺球一樣，一個電子粒子一次也 只能穿過一個縫隙。這個實驗非常清楚地證明了，電子是一個點狀的粒子。（簡短延伸一個問題：即是當你發射1個電子時，你無法通過什么樣的規律去預測和確定 這個電子是會穿過縫隙1，還是會穿過縫隙2。無法確定即是不能確定，也就是具有不確定性。這就是非常著名的“不確定性定理”。這個定理好像很平凡，實際它 所帶來的意義極為深奧。愛因斯坦在反對這一定理時曾說過著名的一句話：“上帝不擲股子”（今天早已證明愛因斯坦在這一問題上犯了個錯誤）。因為這一問題太 深奧，尤其與因緣果報的聯系，所以先留下這一問題，以后篇章會逐步解析。） 實驗8. 關鍵的地方出現了：當科學家一但在縫隙處撤出任何監視器，再發射許多電子的時候，那么在后面的屏上“干涉條紋”突然又出現了。 因為是看到“干涉條紋”的出現，所以人們又必須認為“電子”是個波。雖然人們撤出了監視器而無法看到兩處縫隙處的情況，但通過“干涉條紋”的出現，完全100%地確定，當許多電子在穿過兩處縫隙的時候是以波的形式運動的。 也就說，情況發生了改變，當你沒有去“看”的時候，就算是一個電子也是以波的形式在空間中穿行，而且在穿過帶有兩個縫隙的擋板的時候，也是以波的形式——好像使用了分身術一樣，穿過兩個縫隙，在后面的屏上顯示出干涉效應（這一干涉效應很復雜，以后篇章會進一步論述）。 以上的實驗有什么神奇的地方嗎？ 以以上實驗為基礎，一個讓包括科學家在內的所有人都感到不可思議的現象出現了： 如果在縫隙處放上監視器，每一道電子波都會被逼著顯身為一個粒子，在穿過兩處縫隙中的一處后打在后面的屏上形成一個亮點。你絕不會看到這個電子會同時穿過 兩處縫隙：即如果你在縫隙1看到電子，縫隙2就絕不會在有電子通過。如果你在縫隙2看到電子，縫隙1就絕不會有電子通過。這是非常淺顯的道理，即是一個顯 身為粒子的電子絕不會同時穿過兩個縫隙。 但是，一但撤除監視器，那么瞬間“粒子”消失了。打在屏幕上的不再是一個粒子，而是干涉條紋。也就是由這個干涉條紋的出現，我們必須承認當電子穿過兩處縫隙的時候不再是一個粒子，而是一道波。 也就是說，現在的情況發生了根本的改變，如果你不去看它的時候，這個電子就以波的形式同時穿過來兩個孔。更形象地說，即如同一個臺球同時穿過了兩處縫隙。 核心秘密出現了：更加清楚地說，一個電子在你沒有去看它的時候，它是一個球狀波。或者再更加清楚地說，一個電子以球狀波的虛無的形式存在于宇宙中的任何地 方（注意：你、我、石頭、玫瑰花瓣、清風，都是由電子組成的）。一旦你去看它了，它就瞬間成為了一個實在的東西——確定為一個實在的點粒子，即由虛無成為 物質。 為什么會成為一個實在？ 答案是，是你“逼著”它成為實在東西的。沒有你的存在，宇宙中任何一個物質都是沒有介質的虛無的波。而且，因為有了你的存在，任何的虛無都必須成為實在。 最終，是什么決定一個電子是粒子還是波的？答：是你！是觀察！是一個有意識的人！而這就是實相！這就是心物一體！覺者佛也，心即是佛，如此，既是生命存在的意義！ http://blog.sina.com.cn/s/blog_4c9c7ee10100dp9o.html 單電子通過雙縫干涉圖樣形成過程的直接觀察
量子力學哲學詮釋概述 由上述材料整理一下思路 http://tieba.baidu.com/f?kz=470414740 附： 量子退相干實驗
費曼說的雙縫衍射現象所包括的“量子力學唯一的奧秘”，不僅因為它似乎顯示了“經典概率論”不適用于微觀過程，還因為它似乎顯示了更令人絞盡腦汁的“量子退相干”現象。
在《費曼物理學講義III》一書中，作者構思了一系列理想實驗，其中之一是：如果在電子的雙縫衍射實驗中加上一個光源，放置在第一塊隔板的后面的兩條
窄縫之間，使我們“看得見”每一個通過電子到底通過的是第一條縫還是第二條縫，則屏上的衍射圖形就失去干涉條紋。如果移去光源，則又會重新出現干涉條紋。
“量子退相干”就是指這種由于“觀測”而導致的相干性消失的現象。
波爾的“互補原理”對“量子退相干”作了如下解釋：微觀物體的運動具有粒子與波的雙重屬性，但在同一實驗中二者是相互排斥的。在電子的雙縫衍射實驗中，測量粒子通過哪一條縫強調了電子的粒子屬性，與粒子性互補的波動性便被排除了，從而導致干涉條紋的消失。
海森堡則用他的“測不準關系”對“量子退相干”作了如下解釋：根據測不準關系，準確知道某一電子垂直于路徑方向的位置，意味著不能準確知道該電子垂直
于路徑方向的動量，從而造成屏上干涉條紋的消失。費曼因此而把測不準關系表成：“不可能設計出這樣的儀器，它能確定電子通過雙縫中的哪一條縫，同時又不擾
動干涉條紋。”
如果說量子力學是物理學的難點，那幺“測量理論”就是量子力學的難點。而量子退相干現象就是量子力學的測量理論的中心問題。量子物理學家們關于“量子退相干現象”的意見可大致分成兩種類型。 一種以馮?諾伊曼為代表，他在《量子力學的數學基礎》一書中提出了或許是最早的測量理論，其中有如下命題：
“觀察者在測量終結時看到儀器指針的讀數，是導致被測量的對象從不確定狀態過渡到確定狀態的決定性因素。因此，如果不提到人類意識，就不可能表述一個完備的、前后一貫的量子力學的‘測量理論’”。
按照馮?諾伊曼的這種意見，“主觀的介入”乃是量子退相干的根本原因，換句話說，量子相干性消失，歸根結底是由于“人眼的一瞥”。
德國物理學家吉?路德維希則持的相反的觀點，他拒絕“感覺”、“知識”和“意識”等用語出現在物理學中，并且把宏觀儀器看成一個處于熱力學亞穩態的宏
觀系統，把測量理解為宏觀儀器受到微觀系統的擾動向熱力學穩態演化。因此，測量不再是“客體與主體之間的一個不可分的鏈環”，而是一個“微觀系統與一個宏
觀系統之間的一個不可分的鏈環”。
意大利物理學家丹內里、朗格和普洛斯佩里在路德維希的工作的基礎上建立了一種精致的測量理論，簡稱為D-L-P理論。按照這種理論，測量之所以導致量子態相干性的消失，是被觀測的微觀系統自身經歷的一個具有“各態歷經”特征的過程，并不需要“人眼的一瞥”。
在路德維希的工作的基礎上建立另一種的測量理論是“退相干理論”，它把測量過程中量子態相干性的消失理解為由于“量子糾纏”而導致的一個動力學過程，即使觀察者不在場也照樣發生，其中儀器只不過起著“記錄”的作用。
在這里，我們不去考察D-L-P理論與“退相干理論”之間的異同，僅提出如下問題：能不能用實驗來判定路德維希的觀點與馮?諾伊曼的觀點孰是孰非？
讓我們回到費曼的關于“觀察電子”導致干涉條紋消失的理想實驗。在這個實驗中，我們滿可以放置上光源而不觀察電子，從實驗結果是否出現干涉條紋就能判定測量過程是否要求“主觀的介入”了。
費曼本人沒有對這一問題給出確切的回答。他一方面說：“也許這是由于點上光源而把事情搞亂了？……我們知道，光的電場作用在電荷上時會對電荷施加一個
作用力。所以也許我們應當預期運動要發生改變。不管怎樣，光對電子有很大的影響。在試圖跟蹤電子時，我們改變了它的運動。也就是說，光對電子的反沖足以改
變其運動，……這就是為什幺我們不再看到波狀干涉效應的原因。”按照這種作用機制，只要點上光源，不論我們觀察不觀察電子，干涉條紋都會消失。可另一方
面，費曼又說：“假如電子沒有被看到，我們就會發現干涉現象。”還說：“當我們觀察電子時，它們在屏上的分布沒有干涉條紋；當我們不觀察電子時，它們在屏
上的分布有干涉條紋。”照這幺說，即使點上光源，只要我們不觀察電子，干涉條紋就不會消失。 我們看到，費曼的上述回答是自相矛盾的。然而，如果想借助于費曼的理想實驗來判斷上面兩個結論孰是孰非，困難并不在于費曼的上述回答，而在于如下事實：電子太小，我們不能光的照耀下跟蹤它。因此，還須作一些技術上的改進我們才能實現費曼的這個理想實驗。
光子自己和自己干涉？——《原子論的歷史與現狀》讀書筆記 船山頂上草/文 Each photon then interferes only with itself. Interference between two different photons never occurs.——P. A. M. Dirac
自打我學量子力學以來，有件事就一直沒弄明白：所謂“光子自己和自己干涉”究竟是怎么一回事？ 我們應該怎樣解釋這種現象呢？一種解釋是：每個即將發射的光子都能夠與已經打在屏上的光子發生干涉。但是這意味著一個尚未發生的事件能夠與已經結束的事件 發生相互作用，違反時間因果律，所以這種解釋顯然是錯的。于是我們又有了第二種解釋：每個光子都自己和自己干涉。這就意味著每個光子自身都同時經過兩個狹 縫，所以才能自己與自己干涉。但在打到屏上之前，又變成了一個粒子，隨機落到屏上某點。而這個隨機點又遵從某種概率分布，使得大量光子呈現出干涉條紋。這 第二種解釋就是狄拉克在他的名著《量子力學原理》中說的那句神奇的話：“光子只和它自身干涉。干涉不會發生在兩個不同的光子間。” 真是匪夷所思！試問，光子是怎樣同時經過兩條狹縫的？難道它真有分身術不成？惠勒就曾用一幅漫畫表示過光子的這種怪異的行為——某滑雪者經過一棵樹，他滑過的軌跡在經過樹時一分為二，左腳從樹的左邊經過，右腳從樹的右邊經過。 中科院某研究所還曾在博士生入學考試中出過這個問題，問干涉是光子之間的干涉還是光子自身的干涉？顯然，出題人期待的是后一個答案。然而，這個答案本身卻是錯的！ 曾謹言在他的《量子力學·卷I》中以腳注的形式給過一個解釋。他認為，量子力學中干涉的并非粒子，而只是概率幅，對于只涉及單光子的事件，人們可以簡單說 一個光子自己與自己干涉，而在涉及雙光子態的干涉時，人們就難以簡單說這個光子與那個光子干涉。這個解釋依然很晦澀。固然，量子力學處理的基本對象是概率 幅，無論是“波”還是“粒子”，都只是人們對微觀世界的一種比喻，并非微觀世界的客觀實在本身。但是概率幅也很難讓人認同為微觀世界的那個客觀實在，它也 只是那個客觀實在的表象。那么，那個客觀實在究竟是什么？沒有人知道，就像康德的“物自體”一樣，隱藏在現象的下面令人難以琢磨。而且這種說法還是解決不 了我上面的疑惑——光子是怎樣自己和自己干涉的？ 今天讀了關洪的《原子論的歷史與現狀》，書中“電磁場的各種量子狀態”一節的敘述，讓我徹底明白了其中的奧秘…… 既然說光子，它的粒子性就起主導作用，也就是說光子是“局限在空間各點的”（愛因斯坦）。那么這種在空間中定域的微粒怎么樣能夠既在一支分光束里面，又同 時在相隔一段宏觀距離之外的另一支分光束里面的問題，以及一顆光子微粒怎么樣可以在雙縫衍射裝置里同時穿越兩條相隔一段宏觀距離的狹縫的類似問題，將永遠 說不清楚。 這是因為，在空間傳播過程中，光子概念是不適用的！ 巴侖泰指出：“嚴格說來，不是光子在干涉，既不是它們自己在干涉也不是它們之間發生干涉，而是在電磁場中出現干涉圖樣。”“要記得電場和磁場以及相應的量 子力學算符（而不是光子的位置和動量）才是理論的基本變量。光子僅僅作為派生的量，即場的一種元激發進入理論。”不應當“僅僅把場看作是粒子流”，“不可 能用一種光子氣體去代替電磁場”。 在傳統的量子力學里，電磁場是描寫電磁相互作用的算符，沒有對電磁場狀態的描述，沒有像寫出電子的波函數那樣寫出光子的波函數。這是因為，原則上不能在坐 標空間里描寫光子的運動。要描寫光子的產生和湮滅，需要運用場的量子化方法，即運用光子的產生算符和湮滅算符的方法。所謂電磁場的量子力學描寫或者電磁場 的量子狀態問題，不是光與微觀粒子散射之類的量子電動力學問題，而是如光學器件中的量子光學問題。 我們知道，量子力學里諧振子系統的哈密頓算符是兩項的和，一項含有坐標的平方，另一項含有動量的平方。相似地，電磁場的總能量也是兩項的和，一項含有電場 的平方，另一項含有磁場的平方。于是，把電磁場按簡正模展開的分量與諧振子里的坐標或者動量作適當的對應，就可以得到用諧振子問題的升降算符表示的場量， 我們把它們解釋為光子的產生和湮滅算符。這樣我們就得到了光子數本征態。 處在諧振子的定態中的粒子，其坐標的平均值和動量的平均值都等于零。相應地，光子數本征態的電場平均值和磁場平均值也都等于零。由此可見，光子數本征態是 與經典電磁場相距甚遠的一種狀態。不僅如此，一般說來，根據測不準關系，任意狀態中粒子的坐標和動量是不可能都取漲落為零的確定值的。與此相對應，處在任 意狀態中的電場和磁場，亦不可能都取漲落為零的確定值。此外，量子力學里還有關于相位和粒子數的一個類似測不準關系的關系式。根據這一關系式，在光子數本 征態即光子數完全確定的狀態上，場的相位是完全不確定的。從這個角度也可以看出，光子數本征態的確是一種非經典特性十分突出的狀態。想當然地用具有確定光 子數的狀態的概念即光子的概念去描述光的傳播、干涉和衍射等問題，注定要遇到不可克服的困難。 正是為了能夠適當地描寫光的傳播、干涉和衍射等問題，格勞伯于1963年提出了相干態的概念。簡單說來，相干態就是湮滅算符的本征態。相干態由無限多個光 子數本征態疊加而成，它是一種光子數很不確定的狀態。并且計算指出，相干態是電場和磁場的漲落都相當小的狀態，而且也是場的相位高度確定的狀態。 電磁場具有不同的量子狀態，其中一些適宜于用光子語言描述，另一些則不適宜于用光子語言描述。即使是光子數本征態里的光子，一般也不可以在坐標表象里描述它們的運動。但是，電磁場與物質相互作用時必定以光子的形式出現。 借用格勞伯的話給狄拉克這句困擾了物理學家和物理系學生很多年的名言作個總結吧：“總而言之，那幾篇討論文章以及狄拉克的名言本身，從根本上說都是錯誤 的。為了紀念狄拉克，并且表示對他在物理學上的驚人貢獻的尊敬，現在是把那句名言束之高閣，并且原諒他在量子力學的早年歲月里寫下的那些從那時起就在物理 學家中引起混亂的過分簡單的議論的時候了。” 這個討論也很有意義： |
|
|
