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量子糾纏現象是否證明存在更高維度?


答:量子糾纏無法證明存在更高緯度,至少目前是這樣的。

………………

「量子糾纏是因為更高緯度上的作用效果」——這個詮釋是目前網路上比較流行的說法,也是很容易理解的說法,我也很喜歡這個詮釋,很長一段時間裡,我都對這個詮釋深信不疑。

可惜!在我了解更多量子力學和現在已知的物理理論後,這個詮釋很有可能是錯誤的,量子糾纏不是高緯度作用的效果。

我的理由有兩點,而是是非常強的理由。

第一:貝爾不等式實驗否定隱變數詮釋,隱變數詮釋應該是包含了高緯度詮釋的。

第二:超弦理論中,還是把不確定性原理作為基本原理,在11緯度下的超弦理論,也沒有調和不確定性原理為「確定性原理」。

量子糾纏的本質是不確定性原理,只要不確定原理在某種詮釋下,調和成經典確定原理,那麼量子糾纏就不攻而破。

………………

以下我逐一解釋上面兩點。

上世紀初,量子力學橫空出世,以波爾為代表的哥本哈根詮釋拿下量子力學的桂冠,但愛因斯坦不接受哥本哈根學派的解釋,並且拋出了那句名言「上帝不擲骰子」。

為此,波爾和愛因斯坦多次進行了「學術交鋒」,但是愛因斯坦每次向哥本哈根打去一"拳",都被波爾完美地反擊回來,反而讓愛因斯坦尷尬無比,最後愛因斯坦明白,波爾的量子力學是相容的,不可能在其體系內擊垮它,只能從他的完備性去找出漏洞,至此,愛因斯坦聯合波多爾斯基和羅森,1935年為論證量子力學的不完備性,共同提出的一個著名的悖論(佯謬)——EPR悖論。

後來,愛因斯坦提出一個不同於哥本哈根詮釋的理論——隱變數詮釋,愛因斯坦的追隨者——波姆,發展了這個理論。

隱變數理論(hidden variable theory):又稱隱變數理論,愛因斯坦堅信,量子力學的哥本哈根詮釋是不完備的,表現出來的不確定性並非真隨機的過程,其背後隱藏了一個尚未發現的理論,該理論可以完整地解釋物理系統所有可觀測量的演化行為,一旦我們加入了這些變數,就能避免任何不確定性或隨機性。

十多年來,量子力學的哥本哈根詮釋和隱變數詮釋,都是公說公有理,婆說婆有理,誰也否定不了誰,但是逐步改進的物理實驗,毫無例外地支持波爾的哥本哈根解釋,並且以前無未有的精度,符合哥本哈根詮釋的預言,至此,哥本哈根詮釋成了量子力學的正統解釋,愛因斯坦的隱變數詮釋,猶如一個流浪漢,躲在角落裡戰戰兢兢,雖然隱變數詮釋無法被否定,但是也不知道它的未來在哪!

1955年,愛因斯坦帶著他未完成的統一場論,遺憾地離開了人世,但是他的隱變數詮釋也不乏支持者,貝爾就是其中一個。

然後到了1964年,在英國原子能研究所工作的貝爾,發現了一個強有力的數學不等式(也可以叫定理),該定理在定域性和實在性的雙重假設下成立,並對兩個分隔的粒子,同時被測量時其結果的可能關聯程度,建立了一個嚴格的限制。貝爾立馬意識到,該不等式可以完成對量子力學的檢測,因為哥本哈根詮釋下的量子力學,其關聯度將超過不等式的限制,貝爾非常高興地發表了他的這個發現,並呼籲有條件的實驗物理學,完成對這個等式檢測的實驗,但是這個實驗的條件要求實在太高了。

直到1982年,科學家阿斯派克特,才首次完成了貝爾不等式的驗證實驗,實驗結果以意料之中,但又震驚科學界的姿態,向人們展示了量子力學的力量,沒錯,實驗結果違背了貝爾不等式極限,並且以哥本哈根詮釋的方式去違背,這說明了什麼???

貝爾不等式以定域性和實在性推導出來,如果貝爾不等式被破壞,那麼說明定域性和實在性至少有一個是錯誤的,或者兩者都錯了。

無論是哪種情況,都註定了愛因斯坦的隱變數詮釋出局,因為隱變數詮釋完全基於定域性和實在性為基礎,阿斯派克特的實驗結果出來後,隱變數詮釋的支持者,還在做最後的掙扎,對阿斯派克特的實驗,提出了一些漏洞,比如定域漏洞,檢測漏洞,隨機性漏洞等等……。實驗物理學家們,也在不斷改進阿斯派克特的實驗,每次實驗的改進,結果都以更高的精度支持了哥本哈根詮釋,直到2015年,科學家堵住了實驗的幾乎所有漏洞,結果毫無意外地支持哥本哈根詮釋,至此,隱變數詮釋徹底出局。

而隱變數詮釋在某種程度上,是包含了高緯度詮釋的,因為貝爾不等式沒有對緯度加以限制。當然也需要貝爾實驗排除高緯度漏洞,這點我無法證實,但是我相信,能做出無漏洞貝爾實驗的人,肯定考慮了緯度漏洞,這點我只能猜測了。

………………

而超弦理論,是目前物理學理論中,最有可能成為終極理論的理論,它調和了量子力學和相對論的矛盾,大家知道的11個維度的說法,就是超弦理論經過嚴格的推理得到的。

在超弦理論中,不確定性原理也是基本假設原理,超弦理論也是嚴格遵循不確定性原理的,而且在11維度的時空下也是如此,這意味著11個緯度下,上帝還是會擲骰子!

我們站在哲學的角度思考,要是提高緯度,不確定性變成了確定性原理,那豈不是回到了決定論。

既然超弦理論也無法調和不確定性原理,那麼我們有理由相信——上帝是擲骰子的!

以上就是兩個理由的詳解!

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好啦!以上就是我的答案,只代表我個人觀點呢,如果有不同意見的讀者,可以給我們留言,如果文章有錯誤,有心的讀者朋友還請指出,我後續會更正!

該答案部分內容取我的兩篇文章《違背常識的五個量子力學上下》,想了解更多的朋友,可以在我發布過的文章中找到。

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題主的問題當中有兩個概念誤讀。首先第一個是量子糾纏,很多不具備專業知識的媒體將量子糾纏描述成一種可以超遠距離瞬時傳輸的現象,再加上一些渲染,營造出一種真實的神秘感。然而,量子糾纏並非信息傳遞,事實上信息不可能從一個粒子傳到另一個粒子。即使用光速將它們分開,信息也不可能在測量時從一個地方傳到另一個地方。

量子力學是非定域的理論,這一點已被違背貝兒不等式的實驗結果所證實,因此,量子力學展現出許多反直觀的效應。量子力學中不能表示成直積形式的態稱為糾纏態。糾纏態之間的關聯不能被經典地解釋。所謂量子糾纏指的是兩個或多個量子系統之間存在非定域、非經典的強關聯。

第二個是更高的維度,這是很多科幻作品的素材,一般被描述為人類生活在三維世界,高等文明生活在四維,五維世界,於是人類在他們的眼裡就好像圖畫上人在人類眼中一樣,不堪一擊。

其實,這是完全的誤讀。

更高的維度,或者更準確的說法,更多的維度,來源自超弦理論。

超弦理論認為,粒子並不存在,存在的只是弦線在空間運動;這種極小的弦線做各種各樣的振動,像小提琴這樣的弦樂器,僅靠不多的幾根弦線作各種各樣的振動發出聲音就能夠發出無數種音色。與此相類似,弦線的不同的振動就是我們做觀測到的不同的基本粒子(質量和電荷等不同)。

但是弦的運動實在是太過複雜,想要準確描述弦的運動,經典物理的三個維度是遠遠不夠的。超弦理論認為,想要準確的描述弦的運動,至少還需要九個維度,並且這些維度是蜷縮起來的,無法被當前的科學技術觀測到。

所以,超弦理論裡面所說的維度實際上是用來描述物理現象的參數罷了,就好像我們會用長寬高描述空間,用距離速度時間描述運動,包括超弦理論提出的九個維度,這些維度從來都是在我們的身邊的,只是有一些維度實在是太難找,我們還沒有找到而已。所以根本不存在所謂的高維空間,高維生命。就算有其他的外星智慧,他們也是跟我們生活在同一個宇宙中,研究同樣的物理世界的。


量子糾纏現象和高維度的存在,目前在科學上還沒有被證實。

量子糾纏現象表明微觀粒子可以突破時空的界限,超光速地傳遞信息,愛因斯坦稱這種現象為幽靈般地存在。在特定的情況下,我們將兩個質子向相反的方向射出,兩個質子在運動的同時可以保持彼此間的信息聯通,並且這種信息的聯通是完全忽視了距離,無論相距多少光年,只要其中一方的質子運動狀態發生了改變,那麼另一方的質子也會在同一時間改變運動狀態,目前對於量子糾纏現象科學家也沒有統一合理的解釋。物理學家戴維將這種現象解釋為:我們所看到的宇宙並非是真實的只是一個幻象,宇宙只不過是一個全息圖像而已,以此來解釋量子糾纏超光速的問題。

我們把量子糾纏和高維空間聯繫在一起,其實也是合理的猜測。在現有的物理框架下,這種微觀粒子之間瞬間的信息傳遞,我們可以看成是高維度在低維度上的投影。

量子糾纏中的兩個粒子,可能是高維空間中的一個粒子,但是人類只能感知到三維空間,所以就在三維空間中體現為兩個粒子的糾纏狀態。打個比方,我們在二維的平面上畫兩個點,然後將二維平面對摺,將這兩個點重合在一起,這個重合在一起的點就是三維空間中的點。想表達的意思就是在三維空間存在的一個點,在二維空間就是兩個點,並且這兩個點的狀態性質都是一樣的。類比下,我們可以說在四維空間內存在一個粒子,這一個粒子在三維空間內則體現為兩個粒子,這兩個粒子的狀態都是一致的,所以才會有這種糾纏的現象。當我們在三維空間內改變其中一個粒子的狀態,那麼實際上就改變了在四維度空間內這個粒子的狀態,那麼三維空間內的另一個粒子也會同時發生改變,所以才會有這種超光速的同步糾纏。當然,量子糾纏和高維度空間是否存在關係尚未被證實,只不過是一個合理猜測。


量子糾纏是量子力學一種獨特的現象。一對粒子,無論它們間隔多麼遙遠,在一個粒子自旋時,另外一個粒子會同時發生自旋。量子糾纏效應是怎麼誕生的,目前還無法得到有效的解釋。有物理學家猜測,也許這一對粒子本來就是同一個粒子,之所以是一對,那是一種錯覺。還有理論物理學家認為,量子糾纏其實與蟲洞有關係,甚至可以說,量子糾纏就是蟲洞。《賽先生》主編文小剛就支持這個觀點。不管如何,這些觀點都沒有得到實驗的驗證,都僅僅是一種個人假說。

量子糾纏是確實存在的物理現象,與高維度是不是有關係?不知道。

有人認為,如果存在高緯度,站在高緯度看,這一對粒子其實就是同一個粒子。從邏輯上看,似乎有一點道理。不過,宇宙中是不是存在高緯度呢?M理論要求宇宙存在高維度,以至於宇宙被描述為一個具有11個緯度的拓撲結構。但是,M理論還不是科學理論,只是一種物理上的形而上學,從目前的實驗條件看,根本無法被驗證。驗證M理論,需要特別高能量的粒子對撞機,其直徑將遠遠超過太陽系的直徑。可見,從目前的實際條件來看,是無法驗證該理論的。除非將來可以發明出一種新的從低能態驗證理論的方法。

量子糾纏效應儘管神奇,但不必把它看得多麼神秘。任何一種物理現象,只要我們有足夠的耐心,將來一定可以從科學理論上予以完美的解釋,沒有必要在此之前把所有科學暫時不能解釋的現象與宗教玄學掛鉤。

此外,特別說明,量子糾纏效應並不違背愛因斯坦的相對論。儘管量子糾纏效應可以在理論上無窮遠的地方發生,但是這種效應是不傳遞信息的,因為你無法控制它傳遞信息。一旦你試圖干涉量子糾纏的時候,量子糾纏態會立即消除。所以,你根本無法去控制和利用量子糾纏效應傳遞信息。一切不能傳遞信息的「超光速」是沒有意義的,所以,量子糾纏效應並不是超光速。


分享我的看法,思路是:簡述量子糾纏的概念→列出流行解釋→回顧科技動態→提出我的解釋,僅供參考。

一,量子糾纏的概念。

(一)量子糾纏是兩個粒子短暫時耦合後,單獨攪擾其中任意一個粒子,會影響到另一粒子。多子系統量子態無法分解為各自量子態之張量積。

(二)物理學存在A,B,C幾個態,當「t<」時,這些態之間「當t=」與「當t>」不存在相互作用。量子系統ABC用Hibert空間HABC=HA×HB×HC中矢量|Ψ(t)>A,|Ψ(t)>B,|Ψ(t)>C來描述,這樣的態被稱為Hibert空間直積態,否則稱態|Ψ(t)>A,|Ψ(t)>B,|Ψ(t)>C是糾纏態。若存在糾纏態,就至少要有兩個以上的量子態進行疊加。雙光子糾纏態,光子既非左旋也非右旋,既無x偏振也無y偏振,無論自旋或其投影,在測量前並不存在,未測時的二粒子態不可分割。

(三)設x1x2代表兩粒子坐標,二者糾纏度可理解為Ψ(x1,x2)≠φ(x1)φ(x2)+φ(x1)*φ(x2)。其中φ(x1)φ(x2)是經典力學可直覺的「直積式」,φ(x1)*φ(x2)是量子力學神秘的「糾積式」。糾纏的粒子數量越多,越偏離經典力學,獲得可利用的量子效應機會就越大。

二,關於量子糾纏的解釋。

(一)玻爾派的解釋:粒子態函數是該粒子在某處的概率密度,即所謂的互補原理。

(二)玻姆派的解釋:隱變數是態函數的根源,旨在微觀領域恢複決定論或因果論。量子世界的粒子仍沿著精確連續軌跡運動,不僅受力還受量子勢影響。隱變數既取決於系統也取決於儀器。遺憾的是,「軌跡」永不可見,隱變數粒子的位置和速度,原則上不可測。

(三)統計論解釋:態函數是物系運動的統計分布,不需要預定的動力學變數的集合。

三,關於量子糾纏的科研動態

科學界通常利用晶體的非線性生產多光子糾纏態,但難度隨光子數增加而指數增大。糾纏態被用來做量子隱形傳態、量子密鑰分配、量子計算。然而,受實驗條件限制與環境雜訊,所製備的很難是純糾纏,受環境干擾退化為混合態,導致信息失真。糾纏速度是光速幾千倍,無法用來做超光速傳遞信息。歷史回顧如下。

①1997年,奧地利蔡林格小組首次完成「量子態隱形傳輸」的原理性驗證。②2000年美國國家標準局在離子阱系統上實現「4離子糾纏態」。③2004年利用多瑙河底光纖信道將「超時空穿越」提高到600米,但光纖信道損耗和環境干擾,距離難以大幅度提高。④2004年合肥微尺度物質科學國家實驗室量子物理與量子信息研究部首次成功實現5光子糾纏的操縱。⑤2004年,中國科大潘建偉、彭承志等早在2005年就在合肥創造了13公里的自由空間雙向量子糾纏「拆分」、發送的世界紀錄,驗證了在外層空間與地球之間分發糾纏光子的可行性。⑥2005年美國國家標準局和奧地利因斯布魯克小組分別實現了6個和8個離子糾纏態。⑦2007年中國科大與清華大學聯合小組在北京架設16公里自由空間量子信道,取得關鍵技術突破,2009年實現最遠距離的量子態隱形傳輸,證實隱形傳輸穿越大氣層的可行性,為衛星中繼量子通信網奠定基礎。⑧2011年中科院量子信息重點實驗室李傳鋒/黃運鋒在郭光燦院士領導下,製備「8光子糾纏態」或GHZ態,完成八埠量子通信複雜性實驗,展示量子通信抗干擾能力強、傳播速度快的優越性。

四,本人關於量子糾纏的解釋。

我認為,單光子雙縫干涉實驗可以解釋量子糾纏的機理。注意到:若沒有雙縫,就不會幹涉,為什麼?

單光子不可能同時穿越兩個縫隙。從雙縫出來的兩組扇形「量子波」,相互共振或糾纏有強有弱,才會在底屏留下明暗相間的條紋。

這些「量子波」是什麼?顯然不是光子波,而是單光子推壓若干真空漣漪形成的物質波。

相隔兩處的兩個光子,二者都會產生真空漣漪攜帶光子能量的物質波,其相互糾纏與雙縫干涉機制是同一個道理。

自從邁克爾遜莫雷實驗,否定了靜態的真空以太存在之後,也同時否定了以光速運動的真空漣漪,關於光的傳播與量子糾纏的解釋,就陷入了難以自圓其說的尷尬局面。

毫無疑問,量子糾纏扯就在三維空間發生,可以投影到二維複平面簡化處理,根本扯不上什麼高維空間機制。

就量子糾纏速度問題:就剛剛發射A光子之初,已經存在遙遠的B光子(距離為d)的物質波就在A光子發生器附近,立即開始糾纏,但是糾纏信息到達B光子的時間t=d/c,不可能瞬時到達。

如何提高製備量子糾纏的純度,其技術方向有四個:①確保參與糾纏的各個光子具有相同的頻率,滿足共振條件;②所選頻率要盡量避免與兩地之間可能存在干擾頻率相近。③研究清楚衛星與地球之間噪音頻率分布。④盡量選擇伽瑪射線頻譜的高頻光子,此類在地球與衛星環境中分布極少。


首先再次再次聲明量子力學上的糾纏只是一個狀態,並不能證明光速是可以超越的。

另外糾纏指得是在兩個系統中每個系統必須在同一時間有兩種以上的狀態可能。才會出現糾纏現象。具體先看一下下面的內容。

在量子力學中態疊加原理指出。一個系統的新狀態可以由丙種或兩種以上的塊態構成,新的狀態同時具有構成新狀態的各種狀態的屬性。我們現在假設假設A和B是一個粒子,的兩種不同的屬性。 例如兩個不同的位置(這裡我們可以理解為A是粒子在北京B是粒子在上海),那麼疊加態A+B會同時具有狀態A和狀態B的特徵。也就是說,如果我們在一個時刻觀察該粒子的位置,就會發現該粒子處於A和B兩種位置的概率都不為零(也就是說粒子可能在北京也可能在上海),但絕不可能處於A和B以外的位置。下面我們來看看一個實驗。在雙縫實驗中實驗裝置令粒子具有了一種特定的疊加態:粒子穿過狹縫A時處於狀態A,穿過狹縫B時處於狀態B。該疊加態是-粒予穿過狹縫A」和「粒子穿過狹縫B,的結合。記A+B。兩道狹縫被捆綁在一起.於是在測量粒子位置時,會發現有兩種概率非零的可能性。假如我們要觀察粒子穿過實驗裝置的過程。那麼它有50%的可能性穿過狹縫A,同時有50%的可能性穿過狹縫B.假如我們不觀察粒子穿過實驗裝置的過程.而只觀察它最終落在感光屏上的形態,疊加態就會始終存在,就是說。粒子穿過兩道狹縫,抵達感光屏時,它跟自個兒發生了干涉。(這裡解釋一下我們用一個光子做雙縫實驗也會得到干涉條紋。) 疊加態是量子力學最大的奧秘。態疊加原理中包含了量子糾纏的觀念。何謂量子糾纏? 量子糾纏是態疊加原理在一個由兩個(或兩個以上的)子系統構成的複合系統中的體現。這裡的子系統就是一個粒子。我們來看看兩個粒子發生糾纏是怎麼一回事。

假設粒子1處於A和C兩種狀態之一,A和C代表兩種相抵觸(不可並存)的狀態:比如說兩個不同的位置。 同時粒子2可能處於B和D兩種狀態之一B和D同樣代表兩種相矛盾的屬性,如兩個不同的位置。狀態AB稱為生成態。

當整個系統處於狀態AB時,我們知道粒子1處於狀態A,而粒子2處於B狀態。類似地.整個系統若處於狀態CD.則粒子1處於狀態C,粒子2處於狀態D現在我們來考慮AB+CD的狀態。這種狀態是整個雙粒子體系中藉助態疊加原理得到的,態疊加原理使該體系可以處於這樣一種複合狀態,AB+CD的狀態即為糾纏態。生成態AB(CD亦同)賦予粒子1和粒子2確定的屬性(比如說.粒子1處於位置A粒子2處於位置B),而糾纏態則不然,因為糾纏態是一種疊加態。糾纏態只能說明粒子1和粒子2有相關聯的概率.也就是說,假如我們對兩個粒子進行觀測的話,若粒子1處於狀態A.則粒子2必定處於狀態B:同理,若粒子1處於狀態C則粒子2處於狀態D。大體的意思就是:當粒子1和粒子2發生糾纏時.我們無法撇開一方來孤立地描述其中一個粒子的狀態。儘管當兩個粒子處於生成態AB或CD時我們可以說出其中某個粒子的狀態,但是如果它們是處於疊加態必AB+CD.我們就不能孤立地觀測到其中一方的狀態.正是由於兩種生成態的疊加,才產生了糾纏態。

在學習量子力學中,我們必須拋棄常規的物理觀以一個嶄新的物理角度看待這麼科學。另糾纏態越複雜,換句話也就是生成態越多,那麼越難觀察。


謝邀請!

原創思想,我覺得量子糾纏,好象是電磁場中存在著的正極對應著負極而作出的反應性,因為宇宙是宏觀有著宏觀的正負極場的對應性而反應的,而微觀就有微觀的正負極場的對應性而反應的了。亦即宇宙就是由一正一負或一正一反而不斷的重複,而又不同的重複或是相似性的重複而作出相應性的反應的,而又可以既為正又為負的正反兩方面的反應性的。所以量子糾纏的不確定因素,就是相應性的,這好象是世界上沒有一片樹葉是相同的道理一樣的。而這個稍為的有一點的不同,就是宇宙的微妙性作用了,而這個稍為有一點的不同,就是宇宙場的參數了,就是萬物變化的參數了,就是有著時間性的參數等等各種各樣的變化性了,而這些變化性就是場的相通性一體性了。但至於量子糾纏現象是否存在於更高維度的問題,我認為是會存在的,而只不過時間上的快與慢的相差問題了。但不知是不是這樣的認為呢?而就交給下面的磚家繼續的討論吧!


說來好笑,量子糾纏是愛因斯坦發現的, ′1935年,愛因斯坦、波多爾斯基和羅森在美國《物理評論》上發表了論文:《物理實在的量子力學描述能否認為是完備的》(EPR佯謬),原本,愛因斯坦想以此來證明量子力學不確定性原理是錯誤的,結果,不僅反證了不確定性原理的正確性,而且,發展了量子力學,發現了量子「幽靈般的超距作用」:當相距遙遠(如銀河系兩端)的兩糾纏著的粒子,改變其中一粒子的狀態,另一粒子瞬間也做出狀態改變,體現出魔法般的非定域性。

量子糾纏現象直到現在還無法解釋其本質到底是什麼,但「幽靈般的超距作用」的確存在。量子糾纏現象無法證明存在更高維度空間,但的確為研究高維空間提供了素材。因為,量子糾纏現象在三維空間很難解釋和理解,但如果升至高維空間,將很好理解。

就如上圖所示,三維物體在二維表面的投影,當圓柱體改變方向時,在二維面上的投影也同時改變,假設二維面上有智慧生物存在,他們將感到不可思議,無法理解其聯繫。這個模型也同樣適合粒子的「波粒二象性」現象。

值得提醒的是,這還只是人們的猜測,需要以後更多的對空間維度的研究。其實,存在高維越來越覺得可能了,愛因斯坦的廣義相對論對引力本質的解釋----時空曲率的結果,本身就暗示可能存在高維時空,當前熱門的超弦理論甚至是假設在11維時空中的。


糾纏在一起的兩個粒子在高維空間可能是一個粒子,在我們普通的4維空間表現為空間上獨立的兩個粒子。還有一個延遲實驗,表現出在時間上的高維空間重疊,也即是在高維空間中所有的時時間是疊加在一起同時存在的。我們生活的時空可能是高維空間的映射,在高維空間中所有的時間空間都疊加在一起同時存在。


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