在量子世界,电子在同一时刻只出现在一个位置或两个位置上吗?

火奴努努


来说说我的观点。

首先说一下纠缠的定义。

量子纠缠在数学上和量子力学上如果光从唯象的角度来描述是比较容易理解的,对于最简单的EPR态,即 ( |01>+|10>) / sqrt(2) ,似乎(注意这里的用词)可以理解成两个粒子据有幽灵般的诡异关联,如果一个粒子被探测到处于|1>,那么另一个粒子就瞬间立刻地成为|0>态。从数学上分析,对于两个物体,只要它们的量子态不能写成直积的形式,就是说不能表达成互相独立的形式(比如[|1>+|0>]*[|2>+|3>]这就是各自独立的形式,展开有4项,而纠缠只有2项),那么它们就存在着纠缠。

然后再说一下我关于纠缠的看法和目前纠缠研究的进展。

这里讨论的可能有点深。我觉得,如果一个客观的物体是完全独立于其他物体的,那么我们就完全可以仅仅通过该物体而获得其所有的信息。因此,判断一个客观地东西是否是独立的,不能因为粒子数的原因把它们拆开来。比如上面提到的纠缠的两个物体"似乎"存在着瞬间性(严格来说是超定域性)的关联,其实你去计算它们的冯诺依曼熵的时候,对两个粒子来说为0,但就任一个粒子来说,他们都为最大值1(仅讨论处于最大纠缠的情况),这表明所有关于态的信息都蕴含在它们的相互关联之中(张永德,量子信息物理原理),也正如波尔所指出的:这时候必须把两个粒子当做一个客观地独立物体来看待,这样物理图像就不是两个粒子之间的诡异关联,就是一个客观的物体。当然从物理意义上还有不同的理解,比如隐变量说等。其实量子力学最大的特征就是物理原理以上的东西无比成熟,整个体系框架都十分完善,但如果涉及到物理意义来说,很多近乎哲学的讨论和物理图像的讨论至今仍然没有一个让物理界都完全信服的观点,这也是费曼所说的:至今没人能懂量子力学(当然,如果只是肤浅的把量子力学原理以上部分当作它的全部,你可以自认为理解了),也正如玻尔所说的:对于量子力学初学者而言,如果你不感到困惑那你就没学好它(量子力学中的数学对很多人来说不是什么问题,但如果只把唯像的理解当做完全的理论,说明你根本就没深入去理解它背后的难以理解的物理实质)。

近年来发现量子纠缠可以容纳到一个更大的框架中,就是量子关联,它包括量子纠缠和量子discord(量子失谐),discord的产生是人们把经典信息论中的定义放到量子信息论中发现他们有不一致的地方(失谐),很奇妙的是即使两个物体如果没有纠缠,也会有量子dis






天文探索君


这个问题其实是我最喜爱的一个课题。

量子力学中,如果电子不被观测,或者说不因强烈的相互作用而被探测到,那电子是一直处于叠加态的,也就是波的形态,讨论电子究竟在哪个位置是没有任何意义的,或者说,电子可处于空间的所有位置,这种性质称为 定域性。

当电子被测量到时,强烈的相互作用会导致电子的波函数随机坍缩到某一个具体位置,是一个具体的位置,这时电子仅仅表现出粒子性。而波函数坍缩的具体机制,在现代物理学上是没有标准解释的,这属于研究前沿,是一个具有非常大争议的课题。

玻尔提出过互补原理,也就是并协原理,这个原理就可以理解为,电子的波动性与粒子性就仿佛是一枚硬币的两面,你看到了正面,就看不到反面,同样对于电子来说,你通过经典仪器,测量到了它的具体位置,它就失去了波动性,而若要保持电子的波动性,你就不能对它进行测量!

量子力学是一个奇妙的世界,希望我的回答,可以让你喜欢上量子力学!


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