如果至今没有发现量子力学,世界会有什么不同?
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文本:
一,
当前测量问题简介:自上世纪初量子力学发展以来,出现了许多著名的概念之争。其中,所谓的量子力学测量问题成为这场旷日持久的量子力学世界观之争中最基本的问题。
按照量子力学的标准,量子的波函数坍缩,其运动规律由两部分组成。一种是线性动力学:如果一个物理系统不被测量,它会按照薛定谔方程以确定的线性方式演化;第二个是非线性坍缩动力学:如果系统被测量,系统会立即非线性地、随机地从初始叠加态跳到被测量的可观测的一个本征态。这时实验者会感知到某个观测值,也就是本征态对应的本征值。这就是p .狄拉克-约翰·冯·诺依曼在20世纪30年代初为了统一W .海森堡和W .薛定谔的理论工作与m .玻恩的概率解释而首先提出的本征值-本征值关联
这样,在薛定谔方程的普遍有效性、实验者感知的可靠性和本征值-本征值相关性之间就产生了一个被称为测量问题的逻辑矛盾。一方面,薛定谔方程的普遍有效性要求薛定谔方程支配宇宙中每一个物理系统的动态演化,所以在量子测量中,用来测量任何微观物体的宏观仪器几乎肯定会演化成与被测物体的量子纠缠态,而不是仪器指针的可观测量的本征态;另一方面,根据本征值-本征值相关性,如果实验者是清醒的,他们的测量结论会是他们得到的测量结果是仪器指针指示的某个方向,即某个观测值,而不是指针的量子叠加态。
如何解决这个逻辑矛盾?虽然正统的量子理论家经常诉诸“坍缩假说”或量子经典“分割”来解决这个问题,但在他们看来,薛定谔方程的普遍有效性是唯一危险的假说。然而,上述三个假设在这个矛盾的起源中没有一个是多余的,否认其中任何一个都足以逃脱这个困境。为了避免矛盾,至少必须拒绝三个假设中的一个。根据量子力学形式体系的内在要求,假设薛定谔方程在量子世界的普遍有效性是可以接受的。但是,如果我们保持实验者感知的可靠性,那么本征值-本征值关联就变成了可以考虑去除的假设。
可以说,冯·诺依曼的量子测量理论首先打破了N·玻尔的量子-经典“分割”的假设,即量子测量的经典仪器不可或缺,开创了用一致的量子力学对量子测量的动力学机制进行理论探索的先河。但是,这种理论上的尝试并没有考虑到仪器的宏观或经典特性,即仪器的统计热力学性质,而是理想地假设仪器是只有一个自由度的量子指针,导致了仪器的无限回归。为了切断无限回归的仪器链,消除干扰项,实现“波包坍缩”,冯·诺依曼最终转向了人的意识,导致了身心并行的哲学困境。对于这种困境,至今没有一个我们能够理解的合理解释。
第二,
经过思考,笔者找到了测量问题的症结所在。下面尝试用所有普通智商的人都能理解的方式来解决这个问题,并尝试提出一系列新的假设。我们来看看如何从量子力学中去除意识和主观因素。欢迎大家对文章提出质疑。
首先说一个大家非常熟悉的概念:“时间”。在量子力学的舞台上,时间是一个被忽视的小角色。虽然我们对时间很熟悉,但没有人回答清楚时间的本质定义是什么。而量子力学理论意义上的时间本质是什么?
试着分析一下。我们把时间轴分成两段,取当前时间t?分为历史时间和未来时间两部分(数学图示:右边有方向箭头的直线,直线中间有一点代表当前时间,右点代表未来时间,左点代表历史时间)。
在量子波函数坍缩的情况下,我们假设用时间来标记它的坍缩过程:随着时间的推移,未来时间轴上的波函数不坍缩,而当我们观测(当前时间)时,波函数坍缩,时间轴同时进入历史时间。我们发现观察或测量总是与时间t相同?重叠在一起。女士们,先生们,重要的是时间与我们的三维空间紧密相连,还是观察者的意识?智慧生物是否在看,以当前时刻t?随着逝去,整个宇宙所有量子的波函数一直在坍缩,没有被扰动和测量的量子在下一个未来的时间里还在运动,一直在运动,在未来的时间里还以量子波函数的叠加态存在;被测量的量子粒子自然改变运动状态。这个过程,我们日常经验可以理解,哥本哈根学派把它表述为‘测量导致量子波函数坍缩’这样一个部分的近似结果。
现在我们可以假设一个不同的结论:量子波函数在历史时间(符号t-)已经坍缩,在当前时间t?波函数在坍缩,t*在未来会保持波函数状态。以单量子为例。宇宙深处的一个光子,从654.38+000亿光年外的一颗恒星飞出,到达太阳系边缘。按照现在的量子力学理论,这个光子在进入我们的眼睛之前,也就是在被我们观察到之前,就像是一个幽灵,也就是它在这里,在那里(也就是量子叠加态)。直到光子到达地球,我们看到它的时候,这一刻,它在我的视网膜上坍缩成一个真正的光点!这时它的波函数坍缩成了本质(哥本哈根学派观点),所以当光子飞到太阳系边缘时,因为我们还没有观测到,所以它还处于波函数状态。根据我的假设,应该是这个光子在1000亿年前到达太阳系边缘后就一直在坍缩!我们把光子行进到太阳系边缘的时刻设为t?那么这个光子已经从10亿年前穿过了一个(只有一个)固定的通道,到达了太阳系的边缘。但是在太阳系边缘到地球的空间中,这个光子处于不确定状态,它的路径被预测为量子叠加态,也就是有很多可能的路径。直到我们到达地球,在另一个测试中?它总是坍缩,进入我们的眼睛,同时被视网膜吸收,结束了654.38+00亿年的旅程,而在距离我们眼睛三厘米的地方飞过我们耳朵的其他同源光子继续移动,直到它们与其他粒子相互作用。
这个过程与我们的日常经验匹配得相当好,非常清晰易懂,而且我们可以发现测量不是波函数坍缩的原因,而是导致量子运动状态的改变,因为测量行为不同于T?重叠导致误解,不可测量的量子仍然按照当前时刻客观坍缩。所以我的假设完全涵盖了测量态和不测量态,不影响量子力学理论的实用性。
接下来,我们用这个方法来解释光的双栅实验。假设在实验之前,我们把光源光子的离开时间作为t?,光子穿过双网格的时间就是未来时间,光子在叠加状态下随机选择双网格中的一个(行进路线未定)。假设二,我们在实验中双网格后测量,也就是假设t?因为光子穿过了双光栅,我们一定会发现光子穿过了双光栅中的一个(当然光子有小概率可以不穿过双光栅进入探测系统,这里暂时忽略量子隧穿),它的运动线是单一的,符合我假设中历史时间的量子表现。如果光子打在屏幕上的瞬间是t?我们会发现连续的单光子会在荧光屏上形成干涉条纹,相当于多光子同时照射。
让我们“抓住”薛定谔的猫。
先复述一下这个经典的思想实验。箱子里有一只猫和少量放射性物质。之后有50%的概率放射性物质会衰变释放毒气杀死猫,有50%的概率放射性物质不会衰变猫会活下来。根据经典物理学,这两种结果中的一种必然发生在盒子里,外部观察者只有打开盒子才能知道里面的结果。在量子世界中,当盒子关闭时,整个系统保持不确定的波态,即猫生与猫死的叠加。猫是死是活,只有打开盒子,让外界观察者观察时,物质以粒子的形式表现出来,才能确定。这个实验的目的是展示量子力学对微观粒子世界的非凡认识和理解,但这使得微观测不准原理变成了宏观测不准原理,客观规律不以人的意志为转移,猫的生死违背了逻辑思维。
在这个系统中,基于我的假设,如果t?打开盒子的时候,如果猫死了,一定是发生在历史时间,你可以看到死猫;如果猫没有死,那么在即将到来的未来时间线中,猫随时都有可能死亡,这确实是一种量子叠加态,但与我们的日常经验是一致的。如果你设置t?对于实验前的某个时刻(薛定谔的假设好像是这个时刻),实验还没有开始,黑盒里未来时间轴上的猫随时都有可能死去,这在两种可能性的叠加状态下是非常正常的,只是用波函数来描述猫的状态。
总结一下:不管有没有观察到,黑盒里的猫,用当前时间t?随着的到来,波函数坍缩了,猫在历史时间里不断从量子叠加态坍缩到固定态;在未来的时间t*里,猫仍然处于量子叠加态。原来薛定谔的猫有两只猫,一只是历史坍缩态的猫,一只是未来叠加态的猫。
三。结论:
1,哥本哈根学派的测量导致波函数坍缩的假设不正确!波函数的坍缩与测量无关,时间的固有性质导致了波函数的坍缩。
2.在时间轴上,当前时间分为历史时间和未来时间。得出过去时间的所有量子波函数都坍缩了,未来时间的所有量子波函数都没有坍缩。当前时刻是量子波函数的瞬间坍缩点。
总结一下:量子力学理论初期,对概率坍缩的认识还是模糊的,虽然海森堡用测量行为代替了t?实际问题暂时解决了,但引入了一个主观因素,打破了17世纪以来牛顿等几十代科学家在欧洲建立的科学世界观体系(文艺复兴使欧洲摆脱了漫长的政教合一的中世纪,逻辑严密的自然科学使欧洲国家成为世界强国。几百年后,对科学的认识和态度让无数经典物理学家本能地反对量子力学的主观部分)。可想而知当时反对量子力学的声音有多强烈!由此引发的争议使得爱因斯坦等一大批最优秀的科学家对量子力学的理论产生了歧义,停止或减少了对量子力学的研究。虽然量子力学最终胜出是因为其整个体系与实验结果的完美吻合,但这场近百年前的大辩论一直延续至今。前不久,中科院院士、南科大原校长还撰文将量子力学与意识之间的话题放大,意图作为唯心主义与佛教的有力佐证,可见这个问题影响之广,之恶劣。
另外,时间的概念是我们日常经验中所熟悉的,在经典物理、相对论、量子力学理论中是现成的概念。在量子波函数坍缩过程中引入时间的概念并不突兀,也给了量子力学更多思考和研究的空间。比如结合波函数的坍缩过程,我们对时间本质的理解更进了一步。我们发现我们宇宙的演化过程,也就是时间推移和空间延迟的演化过程是完全一样的。如果这个理论可以成立,我们就可以得出结论,即使按照爱因斯坦的相对论,我们也不可能造出一个像只是参观一下就能回到过去的机器!因为量子力学对时间的解释,历史时间的波函数已经崩塌,不可能回到过去创造另一种可能。或许在那之后,很多科幻片都不会得到科学界的认可。
进一步假设如下:假设1:定义量子力学理论中时间的物理意义:时间流是量子波函数坍缩的过程。假设2:时空具有量子特性(时空有最小值)。集合三:时空的量子特性赋予基本粒子量子特性。假设四:历史时间不可延展,但未来时间可能如相对论所称具有可延展性(缩短或延长时间)。假设5:量子时空、经典时空和相对论时空是等同的。
注意:当当前时间等于测量时间时,t?包括在历史时间中。