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薛定谔猫与EPR理想实验
量子态的纠缠,几率解释中是几率的纠缠,或者叫几率幅的纠缠;曲率解释中包含有微观客体“空间形态”的纠缠,即曲率波的纠缠;由爱因斯坦的“相互作用”带来的纠缠,只是提供一个宏、微观的转换机制。认清微观作用机制与宏观作用机制的本质区别之后,量子力学曲率解释为消除薛定谔猫和EPR悖论提供了新的认识进路,并可作出较为详细的定量分析。
一、Schroedinger猫悖论
1、Schroedinger猫悖论的起源
人们希望量子力学是关于整个宇宙的普适理论,它既能描述微观物理系统,还能描述观察这个系统的宏观测量仪器。希望仪器和被测系统一样,都遵从量子概率的演化规律。Von·Neumann和威格纳最先提出了试图包含仪器和被测系统的量子测量理论。在Von·Neumann的理论中,通过系统和仪器的相互作用,系统和仪器被看成一个服从量子力学演化规律的整体,当把整体约化到被测系统部分,人们就可看到量子退相干或波包坍缩现象。
Von·Neumann理论有一个重要缺陷。人们发现,由于他没有充分考虑仪器的宏观属性,要想实现波包坍缩,必须引入一连串无穷的仪器链,最终还得借系统之外的观察者,上帝或人的思维,它使得最后一台仪器产生波包坍缩,从而依次实现量子退相干。
冯·诺依曼的思路方法是:假定宏观仪器与微观被测系统之间的相互作用,只改变仪器的状态。我们从仪器的状态可以“读出”系统的状态。
最早质疑上述测量理论的人是Schroedinger。1935年,Schroedinger提出了一个假想实验,设想:一密封笼子内关着一只可怜的猫,同时放置一个盛有毒药的瓶子,瓶的好损由一个原子放射性装置控制。一小时内原子衰变和没有衰变的几率相等。如果原子处于激发态|↑> ,瓶子完好无损,猫未受到毒害,是活的,如果原子跃迁到基态|↓>,伴随光子的释放,启动打破瓶子的小锤,瓶子破损,毒药释放,猫被毒死。
根据量子力学对波函数的解释, |↑>、|↓>都是几率波,反映电子在能级上跃迁几率。由叠加态原理,原子可处在|↑>和|↓>的叠加态
|ψ原子>=α|↑>+β|↓> (6.5)
|α|2+|β|2=1
(6.5)式表明原子可处在一个既释放光子,又不释放光子的可能状态上。如果原子就是Schroedinger所指的猫,“原子猫”可处在“不死不活”的状态。
由于人们认为量子力学是普遍适用的,宏观的猫态亦可用量子力学的波函数描述,并且猫态同样具有量子概率的演化规律——即具有相干性。若|活>和|死>是猫的两种能量本征态,则
|ψ猫>=α|活>+β|死> (6.6)
对于宏观的“猫”加微观的“原子”这个复合体系“猫+原子”|ψ复合>则有
|ψ复合>=α|活猫>|↑>+β|死猫>|↓> (6.7)
(6.7)式表明,在“原子加猫”的笼子中,猫确实可以处在不死不活的状态。
根据量子测量的哥本哈根解释,笼中猫的生死不依赖于开箱前的“客观存在”,而是决定于开箱后的“观察”。在开箱的一瞬间,人能够让“不死不活”的猫坍缩到真实的“死”或“活”的状态上(其本质是“观察”——人的思维作用,实现了量子概率向宏观经典概率转化)。人的意识决定了猫的生与死,这显然是不合理的。这就是 Schroedinger猫悖论的起源。
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