物理学哲学分享 http://blog.sciencenet.cn/u/赵国求 研究员,武汉市学科带头人,专著十部,国内外发表论文六十余篇。

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二、EPR佯谬

已有 8420 次阅读 2008-8-19 07:47 |个人分类:物理学哲学

二、EPR佯谬

1935年,Einstein,B.PodolskyN.Rosen共同发表了一篇短文,对正统量子力学基本原理和概念的诠释提出了批评。此文提出的问题简称EPR详谬。EPR一文有两点结论:

1)量子力学对于物理实在的描述是不完备的。爱因斯坦反对的是测不准原理,认为上帝不会掷骰子。爱因斯坦坚持的是决定论。

2)量子力学理论是不自洽的。这实际上涉及到多粒子体系纠缠态,在量子力学中就表现为非定域性。爱因斯坦坚持定域性,即不可能有超光速信息传播存在。

关于物理实在爱因斯坦定义如下:

如果在对系统没有任何干扰的情况下,我们能够确定地预言一个物理量的值,那么,这个物理量对应于物理实在的一个要素。物理理论所描述的对象是“物理实在”,在牛顿力学中这个物理实在就是“质点”。物理实在有各种要素决定,能量、动量、位置和时间就是决定物理实在的要素。爱因斯坦要求物理理论中的物理量物理实在的要素必须一一对应,而且有确定的值,否则理论就是不完备的[4]

根据上述定义,爱因斯坦考虑到一个一维粒子的量子态:

                         ψ =eip0x/h                                                                            6.11                                

它是粒子动量 的本征态,本征值为P0 ,此时,粒子具有确定的动量值P0,所以,量子力学中粒子的动量在ψ态下是物理实在的要素。但由于xψ ≠常数·ψ   并非粒子坐标 的本征态, 不能确切预言粒子的坐标,而要想知道粒子的坐标,只能靠测量。但测量是一种外来的扰动,而且测量粒子的坐标后,粒子将不再处于原来的量子态 。因此,爱因斯坦认为,在此 态下, 不可预言确定值,粒子的坐标不是物理实在的要素

在粒子的坐标表象中,粒子的位置可以确定,但粒子的动量又完全不能确定,因此粒子的动量又不是物理实在的要素。爱因斯坦还讨论了更一般的情况,设两个力学量不对易,[AB]0,则AB一般不能具有共同的本征态,由于测不准关系,一个物理量确定了,另一个物理量就完全不能确定,因而,AB不能同时是物理实在的要素。量子力学对物理实在的描述是不完备的,因此量子力学也就是不完备的。

站在完全决定论的立场上,爱因斯坦对量子力学的批评不无道理。问题是爱因斯坦物理实在的定义是以完全决定论(连续作用机制)为背景提出来的,而量子力学中,原子中微观客体由遵从量子概率演化规律的波函数来描述,它具有相干性,不确定性(“形”不能忽略)量子力学中出现统计关系的根本原因[5]内禀完全决定论是量子力学的重要理论基础。要求以完全决定论定义的物理实在,在量子力学理论中也适用,显然混淆了两种作用机制的区别。但量子力学中位置和动量不能同时成为爱因斯坦定义的物理实在的要素”,并不等于“决定论”与“非决定论”之间找不到相应的逻辑联系。量子力学曲率解释中,“内禀非完全决定论”则是其逻辑连接的关节点。

其实,在量子测量中,测量前的波函数,遵从的是量子概率的演化规律,具有相干性,“内禀非完全决定论”是其重要的理论基础,“虚质点、实体波”是其物理实在(曲率模型);而测量后的波函数,遵从的是宏观经典概率的演化规律,没有相干性,决定论是其重要的基础,“实质点、虚波”是其物理实在(质点模型)。测量使粒子将不再处于原来的量子态,而且使波函数的性质发生了根本的变化。前者是“内禀非完全决定论”的,后者是决定论的。两者通过测量进行转化。

例如,双缝实验中,我们引进仪器与被测系统之间的连续作用,测量中波函数因自纠缠,自动退相干到ψA、ψB,但ψA、ψB已不再是测量前的|A>、|B,它遵从的是宏观经典概率的演化规律,没有相干性(混合态),是决定论的。动量和位置都是物理实在的要素”,符合爱因斯坦“物理实在”的定义要求。而测量前|A>、|B>有突变性,遵从量子概率的演化规律,有相干性(纯态)。说非决定论是上帝的赋予不行,那是强辞夺理或者是一种无奈。我们必须追究非决定论怎样来源于决定论。非决定论是微观世界非连续作用及微观客体“形不能忽略造成的。量子力学中的“物理实在”与宏观经典力学中的“物理实在”不一样,它由物质波波长建构的“形”(曲率)及“虚质点”组成,是波粒二象性的统一。物理实在的变化,必然带来与之对应的物理实在要素性质的改变。不确定性是在对微观客体进行测量时“形”不能忽略及作质点抽象时理论赋予的,而不是上帝的恩赐。这样爱因斯坦上帝不掷骰子问题也就迎韧而解了。所以,我们称量子力学中的“非决定论”为“内禀非完全决定论”。

量子力学是描述微观世界的基本理论,它的一些基本概念与宏观经验有矛盾,这是理论层次之间的矛盾,可以认识,并且可以相互沟通的。测不准关系的实在论背景诠释,就是解决这一问题的。



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4 杨玲 关燕清 XY qingyun555

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