客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

客觀世界裡存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

作者:李春生丨@一隻大象x西風歪馬

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

(傲慢與偏見是認知的天敵)

兩個酒鬼喝酒到了飄飄欲仙的狀態。一個酒鬼拿出一個手電筒照向天花板說:你要是能從這個柱子上爬、爬上去,我、我就、就連喝三杯。

另一個酒鬼聽到後哈哈大笑:拉、拉倒吧你,我、我才不上你、你的當呢。我爬到一半,你、你一關電門,我、我不就掉下來了嗎?

這個笑話的笑點在於,手電筒的光照射出的光柱並非是實體物質,任何生物都不可能“爬”上這個虛無縹緲的“柱子”,這是可驗證的常識。

人類可以通過蟲洞這樣的“捷徑”快速到達遙遠的星系嗎?

可以通過時光機器超越到未來或回到過去的時光嗎?

事實上,根據已有的客觀常識,我們就可以做出基本的判斷。實現蟲洞旅行的前提是宇宙空間必須是一個2維的平面(和大航海以前人們認為大地是平的一樣),空間才能像一張紙一樣摺疊,才能讓相距遙遠的兩個點通過摺疊而緊貼在一起,實現物理距離上的“接近”。3維空間如何摺疊?誰能演示一下?不會是把地球鑽一個貫穿的洞來製造捷徑吧。

我們可以判斷時間倒流的真偽嗎?

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

我們知道,誰見過來自過去或未來的人和物質呢?憑什麼相信時間和空間可以穿越呢?

如果我們缺乏常識,又會比醉酒的人強多少呢?

理性、懷疑、批評和實證是我們避免誤入歧途的保證!

最近,一篇《量子力學“鬼魅般的超距作用”可能有答案了:算不出來!》[
https://zhuanlan.zhihu.com/p/109266736:]:“科學家證明了純數學和算法之間的聯繫,但是,沒有算法能算出量子力學中能達到的最大違背值。讓“量子怪誕性”愈加撲朔迷離了。”

通俗的話說:無法計算或算不出來!換句話說,超距作用無法獲得數學支持。

什麼是超距作用?

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

超距作用(action at distance)是指相隔一定距離的兩個物體之間存在著直接、瞬時的相互作用,不需要任何媒質傳遞,也不需要任何傳遞時間。另一種解釋是指處於空間兩個不毗連區域的兩個物體彼此之間的非局域相互作用。說白了,超距作用就是憑空相互作用,是缺乏傳遞力的媒介的作用。我們熟知的“隔山打牛”就是典型的超距作用。

1686年,牛頓提出萬有引力定律,這種建立在開普勒行星運動定律基礎上的引力定律可以精確地解釋和計算行星軌道運動以及月球與潮汐現象的關係。遺憾的是,萬有引力定律可以解釋物體間的引力相互作用,但是卻無法解釋引力傳遞過程和引力的作用原理,缺乏物質間引力相互作用的傳遞媒介。還有,牛頓的引力定律並無時間限制,意味著無論距離有多遠,引力的作用都是瞬時的。存在超距作用是萬有引力定律的缺陷,是牛頓一生最大的心病。

我們知道,宇宙所有的問題都是相互關聯的,描述宇宙的正確理論必須符合邏輯一致性的要求(但是現在的人們卻在刻意迴避這個原則)。例如,如果認為光是以太的振動,那麼,振動的波必須要有振動的媒質,宇宙空間必須由某種物質構成,稱為以太或其他什麼名稱不重要,宇宙空間必須是物質化的;如果認為光是粒子,那麼,宇宙空間必須空無一物,不然,宇宙空間中的任何物質會產生空間阻力而使慣性運動的物質無法保持恆定的速度。不同的假設推導出不同的結果,這是波動說和粒子說的區別。

宇宙空間由什麼構成?是空無一物的真空還是由某種物質構成?需要注意的是,“有”的反義詞是“無”,“無”的反義詞是“有”,不能是半有或半無。空間要麼由物質構成,要麼是空無一物的真空,不存在自欺欺人的充滿了物質的“真空”或“虛空”。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

牛頓認為光是一束高速運動的粒子流,一種細小的粒子,反對笛卡爾、胡克和惠更斯的以太波動說(這三位都認為光是以太的振動)。1704年,牛頓的《光學》出版,他從粒子的角度闡述了光的色彩疊合與分散,薄膜透光、牛頓環以及衍射實驗中的種種現象。隨著《自然哲學之數學原理》的巨大成功,牛頓的粒子說獲得了第二次波粒之爭的勝利。以太和波動說由此進入了相當長的一段沒落期。

牛頓的粒子說獲得了勝利,但是,另一個問題來了。如果空間是空無一物的真空,那麼,由什麼來傳遞萬有引力呢?牛頓曾經以“稀薄的以太”、“以太精氣的連續凝聚”和“隱秘的物質”等觀念來解釋引力和光的現象,但是,麻煩來了,無論空間存在什麼物質,都意味著空間並非空無一物。如果空間由任何物質構成,則意味著不存在所謂的真空。如果光是慣性粒子,則空間必須是空無一物的真空。如果空間是空無一物的真空,那麼,空間就缺乏傳遞各種基本作用力(請注意,引力只是其中一個問題)的傳遞媒介,必然存在超距作用問題。拒絕以太,讓牛頓陷入了一個自己編織的陷阱而無法自拔。

牛頓的萬有引力理論存在超距作用問題,讓一個偉大的理論蒙上了灰塵。事實上,任何建立在真空基礎上的理論都存在超距作用這個問題,超距作用像個幽靈揮之不去。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

量子力學不僅容許存在超距作用,並且更加玄幻。根據量子力學哥本哈根詮釋,由於觀測對某些量的干擾,使得與它關聯的量(共軛量)不準確。也就是說,因為測不準原理,客觀世界存在不確定性。還有定域性問題,對一個粒子的測量總是會瞬間改變另一個粒子的狀態,並且與時間和距離無關。

不過,這與相對論相沖突。根據狹義相對論,宇宙中所有物質和信息的運動與傳播速度均無法超過光速。因為傳播需要時間,而速度上限為光速。定域性原理(Principle of locality又稱局域性原理、區域性原則。一個特定物體能被它周圍的力量影響的尺度)認為,在某一點發生的事件,不可能立即影響到另一點。愛因斯坦認為可以精確地測量同一個粒子的精確位置。測量會影響這個粒子的動量,但是不會影響位於遠處的另一個粒子的動量。如果知道它的動量和粒子的原始間隔,那麼通過測量位置,我們就能夠推算出另一個粒子目前的位置,所以我們可以同時瞭解兩個粒子的位置和動量,從而證偽測不準原理。如果對一個粒子進行測量的結果影響了它在別處的夥伴粒子,它們之間似乎存在著穿越時空的瞬時“信息”,或稱其為“超距作用”,這違背了因果律。

我們知道,一根琴絃的振動總是會引起一定距離內其他相同音符琴絃的振動,引力、電磁力、強相互作用力和弱相互作用力都能夠在不直接接觸的情況下產生相互作用。電磁波與電磁波之間的確會產生同頻率干涉,量子間的產生干涉的尺度就是量子的定域性尺度。問題是,這個定域性尺度有多大?通過什麼機制相互作用呢

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

如果量子是波,波的振動媒介物質也是空間傳遞基本作用力的媒介物質,(不同的作用力傳遞模式稍有不同),就不存在超距作用問題。但是,如果把量子看成是粒子,空間必須是空無一物的真空或由假想的不同的“場”,只要量子之間存在距離,那麼,無論距離遠近,都存在超距作用問題。也就是說,只要這些場沒有傳遞基本作用力的媒介,那麼,必然存在鬼魅般的超距作用。這是一個死衚衕(後來粒子學派為各種基本作用力“創造”不同的傳播子——各種玻色子來完成傳遞任務,但是,誰來指揮宇宙空間裡的玻色子尋找到目標呢?人擇原理必然推導出神擇原理)。怎樣才能自洽的解釋超距作用呢?

量子是慣性粒子還是振動的波?德布羅意提出了一種新思路——波粒二象性。他提出了一個把粒子的圖像融合到的圖像裡的“導引波理論”(後來玻姆將其發展為“隱變量理論”)。認為粒子是波動方程的一個“奇點”,粒子必須接受波的引導和控制。德布羅意認為,電子始終是一個“實實在在”的粒子,但它時時受到伴隨著它的那個波的影響。導引波的尺度就是這個量子的定域性尺度,在這個尺度之內,粒子的運動是瞬時的。

但是,這個波粒二象性中的粒子“面目不清”,可以把這個粒子想象成一個優秀的衝浪者,乘著巨浪前進,誰也不能把他趕下波浪,並且他可以瞬時移動到這列波的任何位置。也可把這個粒子想象為漂浮在波浪(波)中的足球(粒子),足球和波浪一起運動不可分離。同樣,足球(粒子)可以瞬時移動到這列波浪(波)的任何位置。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

我們可以發現,德布羅意的量子是由一個粒子和一個波這兩種相互矛盾的事物構成,這好比把(有沉重的裝甲)坦克的防護和直升飛機的機動性強行地結合在一起的飛行坦克。問題是,描述波動圖像時,那個粒子圖像就成了累贅;當描述粒子圖像時,那個波動圖像就成了累贅。例如,在電子雙縫干涉實驗中穿越雙縫和屏幕上顯示出干涉條紋時,電子是無可爭議的波,此時,如何處理那個“實實在在”的粒子呢?德布羅意和玻姆的隱變量理論實際上是把粒子與波生硬地結合在一起,沒有考慮波動性和粒子性的轉換機制問題,因此,導引波理論和隱變量理論都不能自洽的解釋波粒二象性的原理。

波粒二象性是什麼?量子是一個慣性粒子和一個振動的波的疊加或混合體嗎?量子具有波粒二象性是所有問題的最終答案嗎?如果不瞭解清楚量子為什麼具有波粒二象性,那麼,理論物理學就會陷入進退兩難的境地。

根據量子理論,兩個光子間具有與距離無關的瞬時關聯,具有超光速的及時關聯性。雖然相距遙遠,一個粒子的行為將會影響另一個粒子的狀態。當其中一個粒子被測量後狀態發生變化,另一個粒子也會即刻發生相應的狀態變化。鬼魅般的超距作用具體表現在改變一個量子(粒子)的自旋會瞬時改變另一個粒子的自旋方向。粒子自旋是什麼?我們知道,所有的理論描述的都是同一個宇宙。如今,對同一個宇宙,卻存在4套完全不同的理論解釋體系。例如,量子力學的粒子自旋和電磁波的偏振就是對同一現象的不同描述。要解析超距作用,必須先釐清粒子的自旋和電磁波的偏振之間的關係。不明白這個基本的問題,討論超距作用沒有意義。

我們就從這個簡單的問題入手吧。

電磁波

我們知道,可見光只是電磁波譜中極狹窄的1小段。請注意,如果可見光是量子,那麼所有的電磁波(所有頻段的電磁波)都是量子(但是,量子力學無法將所有的電磁波量子化,即並不能解釋所有的電磁波)。電磁波有偏振現象,偏振模式並非只有一種,偏振光是指光矢量的振動方向不變,或具有某種規則變化的光波。按照其性質,偏振光又可分為平面偏振光(線偏振光)、圓偏振光、橢圓偏振光和部分偏振光幾種。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

1.(直)線偏振光:在光的傳播過程中,只包含一種振動,其振動方向始終保持在光的偏振同一平面內,這種光稱為線偏振光(或平面偏振光)。光矢量端點的軌跡為直線,即光矢量只沿著一個確定的方向振動,其大小隨相位變化、方向不變。

2.圓偏振光:旋轉電矢量端點描出圓軌跡的光稱圓偏振光,即光矢量端點的軌跡為一個圓,光矢量不斷旋轉,其大小不變,但方向隨時間有規律地變化。可以想象一個人抖動繩子的同時,他的手臂以弧形方向旋轉的,就像一個時鐘在不同的時間繩子偏振方向是不同的。或者說它手臂的運動軌跡是圓形的,偏振方向也是沿圓形軌跡偏轉的,光的偏振是軌跡螺旋型的。這個螺旋型軌跡的截面是正圓形的。

3.橢圓偏振光:橢圓偏振光是指光的電場方向或光矢量末端在垂直於傳播方向的平面上描繪出的軌跡。當兩個相互垂直的振動同時作用於一點時,若它們的頻率相同並且有固定的位相差,則該點的合成振動的軌跡一般呈橢圓形。橢圓偏振光中的旋轉電矢量是由兩個頻率相同、振動方向互相垂直、有固定相位差的電矢量振動合成的結果。光矢量端點的軌跡為一橢圓,即光矢量不斷旋轉,其大小、方向隨時間有規律的變化。也就是說與圓偏振光類似,只是光的螺旋型軌跡的截面是橢圓形的。

4.部分偏振光:在垂直於光傳播方向的平面上,含有各種振動方向的光矢量,但光振動在某一方向更顯著,部分偏振光是自然光和完全偏振光的疊加。光波包含一切可能方向的橫振動,但不同方向上的振幅不等,在兩個互相垂直的方向上振幅具有最大值和最小值,這種光稱為部分偏振光。自然光和部分偏振光實際上是由許多振動方向不同的線偏振光組成,或者說部分偏振光是各種偏振光。

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(直)線偏振很容易理解,可以把它想象為筆直的鋸條,鋸齒理解成波就可以了。而理解圓偏振和橢圓偏振就需要費點神。我們可以先把圓偏振的運動軌跡理解成一個沒被壓縮的彈簧,然後再把這個彈簧的螺旋狀鋼絲理解成波浪狀波線,那麼一個圓偏振的橫型就被畫了出來。圓偏振的一個特點就是這個螺旋狀運動的偏振波的偏振方向是不斷變化的,它的偏振方向變化呈圓形或橢圓形,如同時鐘的錶盤,不同的時刻偏振方向不同。旋轉一個圓圈後再次開始循環。順時針旋轉的是右旋,逆時針旋轉的稱為左旋(大家頭腦中有沒有靈光一閃呢?)。非常有意思,偏振電磁波也有左旋和右旋的概念。那麼,偏振電磁波的左旋和右旋與粒子的左旋和右旋有什麼差別呢?

粒子自旋

根據粒子說的量子力學,自旋是與粒子所具有的內稟角動量引起的。粒子學家們認為粒子自旋與古典力學中的自轉是不可相類比的,或者說本質是迥異的,根本原因是量子力學有非整數自旋的概念,而古典(經典)意義上的自轉,是物體對於其質心的旋轉,例如地球每日的自轉是順著一個通過地心的極軸所作的轉動。粒子學家們認為基本粒子是不可分割的“點”粒子,沒有具體形態,因此物體自轉無法直接套用到粒子自旋角動量上來,僅能將自旋視為一種內在性質。

自旋是粒子與生俱來帶有的一種角動量,並且其量值是量子化的,無法被改變(請注意粒子的這個特性,為什麼某些理論又認為粒子的自旋會被瞬時改變呢?)。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

粒子自旋很難理解,普通粒子旋轉一圈以同一面示人剛好是旋轉一週,而在量子力學中,旋轉一圈只是一個自旋為1的整數自旋。讓許多人傷透腦筋的是微觀粒子的非整數自旋,即旋轉一圈半或3/2圈才能顯示出同一個面貌。這意味著非整數自旋的粒子並非傳統意義上的一粒粒的粒子,或者說他們

不是那種有固定形態的粒子。非整數自旋粒子沒有固定形態,但它們終會顯露出它的本來面目,這意味著這種“粒子”的形態的變化是有規律的並且是持續的,即“粒子”的形態具有周期性的變化。問題是,既然粒子是沒有具體形態的數學意義上的一個“點”,就談不上實實在在的存在。因為實實在在的粒子無法解釋非整數自旋,因此,按照粒子說的思路無法解釋這種週期性變化。我們必須要拓展一下想象力,才能構建一種新的物質形態模型。

光的偏振和光子自旋是什麼關係呢?

粒子說學派認為光是光(粒)子,波動說認為光是光波(電磁波)。當認為光是粒子時,光具有自旋特性,粒子學家們使用的是自旋這個詞;認為光是光波時,光具有偏振特性,波動學家稱之為光波。光波和光子是同一種事物——光——電磁波,不同的名稱和不同的特性只是不同理論的觀點,也可以說是一種偏見。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

光是一種量子,量子具有自旋還是偏振,關係到兩套理論解釋體系生死存亡的大事。超距作用是客觀現象,量子具有定域性還是非定域性?關係到經典物理學和量子力學誰才是王者的大問題。結果,人們認為阿斯派克特實驗“證明”了量子具有非定域性,現在,經典物理學被認為是一個落後的理論。

客觀世界真的存在鬼魅般的超距作用嗎?量子具有非定域性嗎?如果這是事實,那麼,為什麼現在仍然無法實踐應用呢?

阿斯派克特實驗是一個決定性的實驗,將會改變了物理學的發展方向,我們必須非常慎重,不能匆匆忙忙下結論。阿斯派克特實驗的結論是否科學?實驗本身是否經得起檢驗呢?

科學精神是理性、懷疑、批判和實證,只有經得起質疑的理論才是真正的科學理論。科學的目的是解析客觀現象,微觀世界一定是可以理解的,如果一個理論出現神乎其神的結論,只能證明這個理論並不完備。換句話說,這是一個不成熟的理論甚至是錯誤的理論。阿斯派克特實驗出現奇異性的結論,意味著實驗的設計和理論假設出現了問題。我們來看看這個實驗都有什麼讓人驚喜的東西。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

阿斯派克特實驗的具體步驟有:1光源,2光閘,3粒子自旋方向的檢測裝置——檢偏鏡(偏振片),4放大器,5粒子自旋方向的檢測裝置——波片和偏振片。

怎樣確認光源是一個光子呢?

我們要分清一個光子和一束光的區別,眾所周知,一束白光由不同波長不同偏振方向的光構成;激光也是典型的一束光,由同頻率、同偏振方向的偏振光集合而成,不存在一個光子的激光。

我們知道,量子是最小的能量單元,因此,只要還能被分解成更小的能量單元,那麼,再微弱的光也是一束光而不是一個光量子(請注意!)。如果阿斯派克特實驗中的光是一對孿生光子,那麼,左右兩邊就只有一個光子,那麼,按照偏振片的原理(偏振片每毫米寬度有上千條狹縫,一塊普通的偏振片有上萬條狹縫),應該只有四分之一的可能穿過偏振片。但是,實驗中,每一次光都順利通過,只是光的強度減弱。事實上,偏振片上的每一條狹縫都有光通過,這意味著一個光子被分割成了上萬個更小的光子。問題來了,既然量子是最小的能量單元,只要還能被分解成更小的能量單元,那麼,再微弱的光也不是一個光量子!因此,實驗無法解釋一個光子在經過偏偏片時為什麼被分割成無數個。因此,不能確定阿斯派克特實驗中的光源是一對孿生光子。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

怎樣確認一個粒子是否存在自旋呢?

觀測一個沒有明顯特徵的乒乓球是否處於旋轉狀態,我們可以在這個白色乒乓球上劃上一個黑點,這樣當這個點再次出現在我們的面前時,我們就可以確認乒乓球旋轉了一週。但是,因為很難看清微觀粒子的全貌,在這個時候它們是否處於旋轉狀態就很難界定了。 1951年,李政道和楊振寧想到了一個檢測粒子自旋的方法[利昂·萊德曼,迪克·泰雷西:《上帝粒子》,上海科技教育出版社,2003年,第 271頁]:

通過觀察自旋粒子的衰變,例如u子的一個衰變產物是電子,假定大自然命令電子都只從圓柱(粒子)的一端跑出來,這就相當於確定了一個方向,如同我們在乒乓球上畫上了一個點,這個點就是旋轉的參照物。因此,也就可以確定粒子自旋的概念了。1956年,李政道和楊振寧在論文《弱力中的宇稱守恆質疑》中挑選了一系列反應,並檢查了實際中宇稱——鏡像對稱不受弱相互作用力支持的蛛絲馬跡。他們感興趣的是從自旋的原子核裡放射出的電子的方向,如果電子更偏愛其中一個方向,那就像是給鈷核穿上了一件縫有紐扣的襯衫。這樣的話,我們就可以說出來哪一個是真實的實驗,哪一個是鏡像。或者說,我們給自旋的粒子標記了一個自旋參照的一個座標點。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

有了旋轉的參照物——電子發射出來的方向就是參照物的點,也就可以確定粒子是順時針或者逆時針旋轉了。一個剛剛衰變出來的電子(參照物的點),u子的自旋方向向右(順時針),那麼,這就是個右旋的u子。請注意,這是自旋的標準解釋。但是,在阿斯派克特實驗中測量粒子的自旋卻不是使用這種方法,而是使用波動力學的標準檢測方法,使用偏振片測量電磁波的偏振方向。是的,你沒有看錯,是測量電磁波偏振方向的偏振片。

在阿斯派克特實驗中,穿過偏振片的是粒子還是波呢?約翰·格里賓指出[約翰·格里賓,《尋找薛定諤的貓》,海南出版社,2009年,第165頁]:

到目前為止,用來做這個檢驗的所有實驗所涉及的都不是材料粒子的自旋,而是光子的偏振。但是它們的原理是相同的。偏振是光子的一個特性,它在伴隨一個光子或一束光子的空間中定義了一個方向,就像自旋在伴隨材料粒子的空間中定義了一個方向一樣。

我們知道,偏振是波的概念,一個粒子怎樣偏振?為什麼光是一連串的振動而不是一個振動的點呢?振動和自旋是兩種截然不同的概念。既然利用的是電磁波的偏振,為什麼結論又是粒子自旋呢?

這是證實性偏見嗎?

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

彆著急,我們來看看粒子左旋和右旋的區別。

我們旋轉一個右旋的螺絲釘,在鏡子裡面我們看到的是一個左旋的螺絲釘,因為鏡子裡影像是螺絲釘的對稱鏡像,這種鏡像對稱的學名叫宇稱守恆。一個人在鏡子面前舉起右手,鏡子裡面本應該出現的鏡像應該是舉起右手,但是,如果鏡子裡顯現出舉起的左手的鏡像,這就是宇稱不守恆。為什麼會出現這樣的結果呢?事實上,一個右旋的粒子變成了左旋,原因是觀察者的速度超越了這個右旋的粒子,結果,追上了前進粒子的觀察者回過頭來觀察這個粒子時,這個粒子的旋轉方向變成了左旋,這被稱為產生左手性了。手性(chirality)這個詞源於希臘語:“手”(ch[e]ir)。如果某物體與其鏡像不同,則其被稱為“手性的”,且其鏡像是不能與原物體重合的,就如同左手和右手互為鏡像而無法疊合。手性物體與其鏡像被稱為對映體。手性及手性物質只有兩類:左手性和右手性。事實上,粒子自旋方向並沒有真的改變,改變的只是觀察者的觀察角度而已

粒子自旋方向並沒有真的改變,改變的只是觀察者的觀察角度而已

千萬不要被這些神乎其神的專用術語所迷惑,其實,真相非常簡單。只有明白了這些新創造的名詞的真正含義,才能看清量子力學的本質。

理性與分析

阿斯派克特實驗中的光是慣性粒子還是振動的波?彆著急,我們來看看偏振片的原理。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

我們知道,光是有偏振的,不同的光有不同的偏振方向,一束白光包含了不同偏振方向的偏振光。而偏振片只有一種偏振方向,所以理論上只有和偏振片偏振方向相同的偏振光可以通過(取決於偏振片狹縫間的寬度)。如果光是粒子,那麼,雖然也有一小部分的光子可以穿過偏振片柵欄的縫隙,但是,這些穿過偏振片柵欄的光子將什麼自旋方向都有,而不是隻有一種自旋方向,因為偏振片沒有區別和篩選不同自旋方向粒子的機制。簡單地說,如果光是光子,那麼,一束白光穿過偏振片柵欄後應該仍是包含所有自旋方向的白光。

自旋的粒子如何穿過偏振片?

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

面對偏振片,光粒子、電粒子或是亞原子粒子面對的問題不再是雙縫干涉實驗的“左縫”和“右縫”的選擇了,而是面臨1000種、10000種選擇。問題是,1“顆”粒子怎樣同時穿越1000條10000條狹縫的偏振片呢?我們來看看量子力學的幾個主流理論和解釋。

根據哥本哈根詮釋,當我們不進行觀測時,單個光子將會同時從兩條狹縫穿過。而當我們觀測時,光子將選擇一條狹縫穿過。但事實是,偏光太陽眼鏡就是偏振光柵原理,光在我們眼睛的觀察下被偏振光柵分成了無數份。事實證明,無論有無觀察者進行觀察,偏振片10000條縫隙都有光同時穿過,並且偏振器只會允許與偏振光柵相同方向的偏振光通過。無論有沒有智能生物的觀測,偏振片光柵都忠實地執行分光的任務,大部分其他品種方向的偏振光都沒有通過偏振片,所有的偏振光也沒有“塌縮”。

路徑求和解釋,1‘顆’光粒子同時從10000個狹縫或是無數種其他路徑中穿過了嗎?10000條縫隙都有光子穿過,如何解釋有多少個狹縫就有多少“真實”的路徑呢?

多世界解釋(即大名鼎鼎的平行宇宙理論)來說,面對10000個狹縫,1“顆”微不足道的光粒子就能把世界劈成10000個,如果有無數個光粒子、無數條狹縫呢? 如何產生10000個互不關聯的宇宙?問題的關鍵在於,為什麼穿過了10000條狹縫的光子都出現在同一個世界裡了呢?

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

多歷史理論,1“顆”光粒子產生了10000個虛假的歷史,事實是,10000個狹縫都有光“真實”地穿過了,10000條狹縫的光子都出現在同一個世界裡,

每一個狹縫中的歷史都是真實的,如何解釋 1“顆”光粒子同時穿越了1000條、10000條、100000條狹縫呢?偏光太陽眼鏡就是偏振光柵原理,光在我們眼睛的觀察下被偏振光柵分成了無數份。這是非常殘酷的現實,無論哥本哈根詮釋還是粒子說的其他解釋都無法給出邏輯自洽的解釋。一個光子面對雙縫干涉實驗的兩條狹縫都催生從無數個粒子說的解釋,面對10萬條狹縫,為什麼問題忽然間變的簡單了呢?

從粒子說的幾個流派對阿斯派克特實驗的解釋來看,我們發現,無論是哥本哈根詮釋、路徑求和解釋,多世界解釋還是多歷史解釋,都無法自洽的解釋一顆光粒子如何同時穿越偏振器中那麼多條偏振光柵。事實證明,光穿過了偏振片後,只有與偏振片偏振方向相同的光穿過了偏振片,當然,有些人也可以說粒子自旋方向發生了改變。

功率放大器環節。經過偏振片的過濾,只有少部分的光通過了偏振片,光的強度減弱。為了進行實驗,需要放大器來增強光的能量。為什麼穿過偏振片後,光粒子的能量會減弱?這顆光粒子損失了什麼?根據粒子說的理論,粒子的能量即動量,粒子速度越大,動量(能量)越大,但事實是,通過偏振片後光的強度減弱,但是,光速沒有減速。

經過放大器後,光的能量增強了,但光速並沒增加。這證明光的能量大小與速度無關。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

穿過了偏振片的粒子自旋方向就被固定了嗎?或是說,穿過了偏振片的偏振光就不會改變偏振方向了嗎?

我們知道,圓偏振和橢圓偏振電磁波的偏振方向如鐘錶的錶盤,偏振方向隨著時間軸的推進而改變偏振方向,偏振方向以360度旋轉,

這是經典物理學告訴我們的常識

讓我們再來回顧電磁波的偏振實驗。一片垂直方向的偏振片和一片45度夾角偏振片(兩塊偏振片以45度夾角放罝),通過的電磁波是通過第一偏振片的50%;一片垂直方向的偏振片和一片水平方向的偏振片(兩塊偏振片以90度夾角放罝)可以擋住所有的光波;如果在這兩片偏振片中間插入一片45度夾角偏振方向的偏振片,將有1/4的光通過最後一片水平方向的偏振片。請注意,如果抽走中間這片45度夾角偏振片,那麼,又沒有光可以通過,中間這片45度夾角偏振片具有某種橋樑的作用。這說明實驗中電磁波在穿過垂直偏振方向偏振片後光的偏振方向發生了改變,而不是隻有一個偏振方向的線偏振光。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

對於光的偏振,還有另一個實驗。光在穿過垂直方向的偏振片A後(穿過偏振片的光一部分是與偏振片偏振方向剛好相同的圓偏振光和偏振方向與偏振片方向相同的線偏振光),檢偏鏡B可以得到水平偏振方向的圓偏振光,問題的關鍵是要調整垂直方向偏振片和水平方向偏振片至合適的距離(請注意!)。這意味著圓偏振光在穿過某個偏振方向的偏振片後,圓偏振光的偏振方向仍然隨時間不斷改變偏振方向。也就是說,穿過某個偏振方向的偏振片後,圓偏振光仍然是圓偏振光,其偏振方向仍然在不停的旋轉。這是客觀事實,任何人都可以重複這個簡單的經典的波動力學實驗。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

如果把圓偏振的光波看成是光粒子的自旋,那麼,穿過了偏振片的左旋粒子可能會變為右旋粒子。按照粒子自旋的定義,自旋是粒子與生俱來帶有的一種角動量,並且其量值是量子化的,無法被改變。在阿斯派克特實驗中,粒子的自旋怎麼又可以瞬時被改變呢?

驚訝不驚訝?彆著急,還有更刺激的事實。自旋還可以消失,這就是波片的特性。

相關性檢測環節。實驗儀器:1、四分之一波片(quarter-wave plate);2、檢偏鏡(偏振片) ; 3、光電接收器;4、計算機。 我們知道,波片和偏振片都是檢測電磁波的檢測工具。我們來看看波片有什麼特性。

根據經典電動力學,圓偏振(偏振方向隨時間改變)的光在穿過四分之一波片後變為線偏振光(只有一個偏振方向),然後再次穿過一片四分之一波片後又再次變為圓偏振光(線偏振光入射到四分之一波片,且θ=45°,則穿出波片的光為圓偏振光;當線偏振光垂直入射1/4波片,並且光的偏振和雲母的光軸面垂直自然裂開面)成θ角,出射後成橢圓偏振光。)。

如果光是粒子,為什麼這個光子在穿過1/4波片前有自旋?而穿過1/4波片後自旋為零?為什麼再次穿過1/4波片後又恢復自旋?粒子說對此沒有自洽的解釋。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

我們可以看到,實驗裡的偏振片、功率放大器和相關檢測裝置(波片和偏振片)等這些環節都是波動說的檢測設備。也就是說,除了光被認為是粒子外,整個實驗都是一個標準的經典波動力學實驗。當然,得出的結論也只有波動說能夠給出合理自洽的解釋。

我們來看看粒子學家們對實驗中偏振片的解釋。[保羅·戴維斯,朱利安·布朗《原子中的幽靈》,湖南科學技術出版社。2018年,第24頁]:

如果入射光波跟偏振片成45度,可以將它視為互成直角偏振的兩個等強度波相干結合而成。與偏振片平行的波會透過去,而另一個則被阻擋住。我們可以將包含一個與偏振片成45度偏振的光子的量子態視為兩個“幽靈”或兩個“潛光子”的疊加:平行偏振的一個得以通過偏振片;垂直偏振的另一個則不能通過。當測量最後完成時,這兩個“幽靈”中之一被提升為“實”光子,另一個則消失。假設測量表明,光子穿過偏振片,則測量前平行於偏振片的“幽靈”光字變成了“實”光子,但我們不能說這個光子在測量之先“實際存在”。所能說的只是該系統處於兩個量子疊加態之中,沒有哪一個光子具有優越的地位。

波動說和粒子說的解釋誰更靠譜一目瞭然。耐人尋味的是,具體採信哪一方的實驗解釋和結論,完全由各人以個人偏好和學派的立場來決定。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

當前,阿斯派克特實驗還有一個嚴重的邏輯問題。按照目前粒子說的主流結論,向A光路運動的光量子可以通過光閘導向垂直方向偏振光柵的偏振器,得到垂直偏振方向的偏振光,而向B方向運動的光會瞬間變成水平偏振方向的偏振光。當向A光路運動的光通過光閘被導向水平偏振光柵的偏振器後獲得水平偏振方向的偏振光時,向B方向運動的水平偏振方向的光瞬時變成垂直偏振方向的偏振光。

請注意,當A光路的光經過A光閘的時候,B光路的光剛好也經過B光閘。A光閘選擇的瞬間也是B光閘選擇的瞬間;當A光路的光經過A偏振器的時候,B光路的光剛好也經過B偏振器。A偏振器選擇的瞬間也是B偏振器選擇的瞬間,即A和B光路的光同時經過A、B光路上的光閘和偏振器。因此,A、B兩路光經過的每個環節是同步的。問題來了, A光路上的光被導向水平方向的偏振器後獲得水平偏振方向的偏振光時,如果B光路上水平偏振方向的光瞬時變成垂直偏振方向的光,那麼,B光路上的光閘和偏振器就形同虛設,它們完全被視為無物。同樣,反過來,通過改變B光路上光的偏振方向來瞬時改變A光路上光的偏振方向,同樣也把A光路上光閘和偏振器完全被視為無物。由此看來,B光路上有沒有閘門、偏振器也不會影響實驗的結果(反過來A光路上決定自旋方向的光閘和偏振器處於失靈的狀態也一樣)。大家靜下來認真思考一下是不是存在這個問題。

如何驗證這個問題呢?

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

我們可以將阿斯派克特實驗裝罝稍做修改,將A、B兩個方向光路上的四個偏振器全都換成相同一種偏振方向的偏振器(偏振方向水平或垂直),即無論光閘反射鏡怎樣選擇,兩條線路的光都只有一個偏振方向或一個自旋方向。結果是,兩個方向光路上的光最後測得的自旋或偏振方向還是會有左旋或右旋兩種方向,即無論A、B兩個光路上的光量子是什麼自旋或偏振方向,檢測結果的自旋或偏振方向都是

隨機的,請注意!自旋或偏振方向都是隨機的!

以上試驗太過複雜,有沒有更簡單、更直觀的驗證方法呢?有!非常簡單。我們可以簡化實驗,去除放大器環節,直接在有光通過的偏振片後面用另一個偏振片來檢測光的偏振狀態,即改變偏振片的位置和角度,檢測光的偏振方向。如果在偏振片後面檢測到光的偏振方向發生了改變,則意味著透過偏振片的光不是隻有一個偏振方向的線偏振光;如果偏振片在不同的位置檢測到光的偏振方向出現變化,則意味著透過偏振片的光是圓偏振光或橢圓偏振光,意味著到達相關性檢測環節的光的自旋或偏振方向是隨機的,那麼,光是自旋的粒子或偏振的電磁波已經不重要了。這個實驗方法是不是很熟悉?對,就是重複圖4-圖5-圖6的實驗——典型的波的偏振實驗。

如果以上三種方法在相關性檢測環節檢測的結果自旋或偏振方向都是隨機的,就意味著A、B兩個方向光路上光量子的自旋和偏振方向的變化不存在絕對的因果關係

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

綜上所述,通過對阿斯派克特實驗中五個環節的分析發現這並不是一個完備的實驗,實驗的結論與客觀現象不相符合,基於粒子說的解釋在邏輯上不能自洽。因此,在沒有確定光量子是實實在在的粒子還是不同偏振方向的電磁波時,實驗不可能得出任何有意義的結論。

貝爾的定域性尺度有多大?

我們知道,一根琴絃的振動總是會引起一定距離內其他相同音符琴絃的振動,這就是聲波的同頻率共振現象。同樣的,某種振動頻率的波也會影響一定距離內同頻率的波。磁鐵與磁鐵之間,也會通過各自產生的磁場,互相施加作用力和力矩於對方。根據同頻率諧振原理,電磁波與電磁波之間也會通過電磁場相互影響,電磁波與電磁波之間距離越近,相互影響程度越大。電磁力與引力一樣都遵守距離平方反比定律。貝爾的定域性範圍應該有多大呢?我們知道,無線電波的波長區域在0.3毫米~3000米之間(波長最長的波可達萬千米級別),因此,無線電波的定域性範圍不小於3000米,這是一個非常大的尺度。在這個定域性範圍內,同頻率的無線電波之間可以產生干涉(前提是空間要有電磁波振動的媒介物質)。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

我們知道,量子化是對某種事物或現象的粒子說解釋。對粒子學家們來說,量子化本質上就是“粒子化”。例如,可見光的量子化是把可見光波段的光波看作是一種微粒,即光子。問題是,其他波長較長的電磁波如何量子化呢?例如無線電波可以被量子化嗎?我們知道,無線電波的直線速度是光速,如果把無線電波看成是類似光子的粒子,即“無線電粒子”,那麼,因為最短的距離是直線,這個波狀運動(傳播)軌跡的“無線電粒子”在波動路徑上的速度必然超過最大光速(事實上所有電磁波的量子化解釋都存在這個問題)。如何將電磁波譜中絕大多數波段的電磁波量子化呢?有“釐米波粒子”嗎?有“毫米波粒子”嗎?有“紅外線粒子”嗎?有“微波粒子”嗎?它們都有什麼類型的自旋?事實證明,對波長大於可見光波段尺度的電磁波的量子化都不成功。

粒子標準模型不僅缺引力子和所有粒子質量的來源——上帝粒子,也不能對客觀存在的電磁波給予自洽的解釋。為什麼一顆有自旋方向的光粒子穿過了某種偏振方向的偏振片(狹縫)後自旋方向會發生改變?這種改變的機理是什麼?為什麼光粒子的能量會減弱?這顆光粒子損失了什麼?在這些問題得到自洽的答案之前,不能認為偏振片可以改變粒子的自旋方向。偏振片只適用於篩選不同偏振方向的電磁波,因此,改變粒子的自旋方向或對自旋粒子自旋方向的篩選就需要尋找其他的方法。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

既然電磁波波譜中絕大部分的電磁波不能被量子化,那麼,我們就不能一方面把電磁波理解為自旋的粒子。既然無法確認可見光是旋轉偏振的電磁波還是自旋的粒子,那麼,就不能對阿斯派克特實驗的結果給出確定的結論。宇宙空間缺乏傳遞基本作用力的空間介質,就會出現鬼魅般的超距作用。如果我們面對現實,承認宇宙空間由物質構成

(稱為暗物質或是以太並不重要),那麼,超距作用就可以得到自洽的解釋。

科學就是整理事實,從中發現規律,得出結論,構建理論。科學的內涵,即事實與規律。而用實驗中創造的現象或曲解一個實驗去推想自然界中存在某種規律並以此構建理論是一種本末倒置的做法。客觀現實就是好的證明,實驗中創造的現象不具有“實在性”。客觀現實證明,貝爾不等式並沒有被突破,微觀世界仍遵守定域性原則。客觀世界並不支持粒子物理學,建立在客觀事實基礎上的經典物理學才是現代科學的基礎。

事實上,量子力學的理論體系自相矛盾,無法做到邏輯一致。但是,人們只願意看到他們願意看到的東西,只願意相信他們相信的東西,顯而易見的自然現象或是確鑿無疑的實驗結果都不能讓人們面對現實。證實性偏見(confirmation bias是指個人在主觀上支持某種觀點的時候,往往傾向於尋找那些能夠支持自己原來的觀點的信息,而忽視那些對己不利或矛盾的信息,以支持自己想法的現象。)的魔力超出了人們的想象。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

尤瓦爾·赫拉利在2017年年9月13日俠客島對其的採訪中指出

https://link.zhihu.com/?target=
http%3A//m.kdnet.net/share-12412205.html%3Ffrom%3Dgroupmessage:“尊重知識、聽取學者意見很好,但發展到崇拜任何人的程度都很危險,包括崇拜學者。一個人一旦被推崇為先知或權威,他(她)自己都可能信以為真,進而變得驕傲自大,甚至陷入瘋狂。對追隨者而言,一旦他們信奉某人為權威,便會自我設限,停止努力,只期待著偶像來告訴他們全部問題的答案和解決方法。即使答案是錯誤的、方法是糟糕的,他們也會通盤接受。”

科學的精神是什麼?那就是敢於質疑權威的勇氣和對一切事物保持好奇的眼光。智慧從懷疑開始,真正的科學精神是理性、懷疑、批判和實證。

先賢們幾千年積攢下來的思想成果滋養了我們的智慧,他們點亮了一個又一個燈塔,指引著人類的發展方向。沒有人的觀點全部正確,也沒有人的觀點一無是處。有些觀點後來被事實證明是一個個錯誤,那也是他們在錯誤的地方樹立起了一個個指引正確航道的航標燈。終極理論不會是一個全新的理論,它就藏在現有的理論之中,當我們以客觀邏輯為工具,就能在錯綜複雜的觀點中找出宇宙真實的脈絡。

客觀世界裡真的存在“鬼魅般的超距作用”嗎?

《一隻大象—體系與體系的對話》參考及引用

1.[美]約翰·格里賓(John Gribbin):《尋找薛定諤的貓》,海南出版社,2009年2月第2版

2.[奧]E·薛定諤(Erwin Schrödinger):《薛定諤講演錄》,北京大學出版社,2007年10月第1版。2013年10月第10次印刷

3.[美]利昂·萊德曼(Leon Lederman),迪克·泰雷西(Dick Teresi):《上帝粒子》,上海科技教育出版社,2003年12月第1版

4.[美]愛因斯坦(Albert.Einstein):《狹義與廣義相對論淺說》,北京大學出版社,2006年1月第1版

5.[[美]B·格林(Brian R Greene):《宇宙的琴絃》,湖南科學技術出版社,2007年4月第3版

6.[中]趙凱華、鍾錫華:《光學》(上冊),北京大學出版社,1984年1月第1版,2011年10月第20次印刷,ISBN978-7-301-3/O.025

7.[英]牛頓(Sir Isaac Newton):《自然哲學之數學原理》,北京大學出版社,2006年1月第1版,2014年4月第15次印刷

8.[英]彼得·柯文尼(Peter Coveney),羅傑·海菲爾德(Roger Highfield):《時間之箭》,湖南科學技術出版社,2008年3月第2版第15次印刷

9.[美]S·溫伯格(Steven Weinberg):《終極理論之夢》,湖南科學技術出版社,2007年3月第2版第3次印刷

10. [美]倫納德·薩斯坎德(Leonard Susskind):《黑洞戰爭》,湖南科學技術出版社,2010年11月第1版第1次印刷

11. [英]史蒂芬·霍金(Stephen William Hawking):《時間簡史》,湖南科學技術出版社,2014年6月第1版第28次印刷

12.[美]基普·S·索恩(Kip Stephen Thorne):《黑洞與時間彎曲》,湖南科學技術出版社,2010年第2版第10次印刷

13.[美]卡洛林·皮特森(Carolyn Collins Petersen),約翰·布蘭特(John C.Brandt):《從哈勃看宇宙》,海南出版社,2004年1月第1版

14.[意]伽利略((Galileo Galilei)):《兩大世界體系的對話》,北京大學出版社,2006年4月第1版,2013年2月第5次印刷

15.曹天元,《上帝擲骰子嗎?:量子物理史話》,北京聯合出版公司出版。2013年9月第一版,2014年12月第七次印刷。

16. [英]保羅·戴維斯(Paul Davies),朱利·安布朗(J.R.Brown),《原子中的幽靈》,湖南科學技術出版社。2018年1月第1版。

17.[布魯斯·羅森布魯姆,弗雷德·庫特納,《量子之謎》,湖南科學技術出版社,2016年]


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