关于量子力学和相对论的疑问

回复 20# polrbear


狄拉克把薛定谔方程改写成洛伦兹变换下不变的形式，也就是与狭义相对论相兼容的形式，，但量子力学的内容不单单是薛定谔方程，薛定谔方程只是描述一个没有外界干扰的系统如何随着时间演化的方程，，完整的量子力学还包括一个对于测量过程的描述，他描述测量一个给定状态的系统将会得到怎样的结果，，，，早期的量子力学采用的是波函数在测量发生时坍缩的说法，，这个波函数坍缩的过程就是与狭义相对论不相容的，，，，，
假设有一对纠缠光子，在某个参考系中对其中一个光子进行一个测量，记这个事件为A，则另一个光子的波函数也会发生坍缩，这个事件记为B，，考察A与B的因果关系就会发现他违反波函数坍缩原理或者违反狭义相对论，，，，
若存在某一个参考系，使得A与B同时发生，那么根据狭义相对论就能知道，一定存在某个参考系，使得在其中B事件先于A事件发生，也就是说波函数先坍缩，而后才发生测量过程，，这与量子力学声称的测量使得波函数坍缩的因果顺序相矛盾，，，，如果在所有的参考系中A事件都是先于B事件发生，那么，根据狭义相对论，AB两个事件可以由光信号相连接，，我不大清楚贝尔不等式的相关实验，不过看起来所有的实验都支持AB两个事件的联系是超光速的，所以  在所有的参考系中A事件都是先于B事件发生  的说法与实验矛盾，，，，，

回复  polrbear


狄拉克把薛定谔方程改写成洛伦兹变换下不变的形式，也就是与狭义相对论相兼容的形式，， ...
feng1734 发表于 2011-6-1 20:36

                               
登录/注册后可看大图

。
显然，如果冲突，必然有一个为错。
一个理论有错，无非两种情况。一是依据的观测事实有错误，二是推理过程有错误。
两个理论就有4个可能的出错地方以及这些错误地方的组合。
毫无疑问，4个中选择任何一个都是困难的。总有一个错误，你觉得哪种可能性最大？

另外，
第5种可能性是双方其实不矛盾或者最终发现不矛盾。比如发现，光速不是严格不变，而是有不确定原理预言的误差范围，或者塌缩发现是有一个需要时间的过程，等等可能。
显然这个可能性也不能忽视。

回复  feng1734


    按照量子理论，或者说波尔系的那个解释，确实存在超距作用，是违反因果律的，这在后 ...
polrbear 发表于 2011-6-1 21:09

                               
登录/注册后可看大图

    那位博士的观点和你差不多。就是说，违反的其实是爱因斯坦的世界观，而不是相对论。不过这个看法也是一家之言，似乎目前没有权威的说法？

4楼你太幽默了

回复 22# polrbear


我的意思就是说，量子力学包括狄拉克方程（狄拉克改写的薛定谔方程）和波函数坍缩两个内容，，，，没有波函数坍缩原理的话，狄拉克方程中任何项都是不能被实验测量的，单单的狄拉克方程本身并不是一个可以通过实验检验的物理理论，，，，，
我理解在狭义相对论中，两个事件是否可能构成因果关系等价于两个事件的时空间隔是否是类时的，而波函数坍缩原理却声称时空间隔类空的两个事件是有因果关系的，，于是将波函数坍缩原理带入到狭义相对论就会出现这样的情况，波函数坍缩会使得某种可观测物理效应（比如干涉条纹突然消失）将变得无法预测，，记录某一粒子某个事件之前完整的过去光锥并不能确定粒子下一时刻的状态，，因为存在与他间隔类空的事件会对他产生影响，，，，，

不过确实，因果律这种东西可能被独立到数学之外，，，数学上一样，但因果律不存在也是可能的，，，我是一直都把因果律放在狭义相对论里的

回复 23# hjfgcx


    我觉得两个都有问题，，，，
因果律不用说了，量子力学出现后，严格的因果律一般都不看好的，，，，，波函数坍缩的细节或者说替代原理好像是一直在研究讨论的，，，，，

回复 24# hjfgcx


    这个貌似有些道理，，，，，，，

记得彭罗斯的皇帝新脑有相关的类容 量子魔术那一章
我属于过目即忘的类型 不敢说什么 翻书去吧 是本不错的书

回复 19# polrbear


    同推荐这本书。

我是进来学习的。

问几个问题，什么叫“类时”什么叫“类空”，还有“光速肯定是被量子现象所超越的”这句话是什么意思？

回复 31# vimb


    光速的平方*时间差的平方-距离的平方大于零的两点就是类时的，，小于零类空，，，等于零类光，，，，
类时的两点是可以被亚光速运动的粒子的世界线连接起来的两点，，，类空的是只能被超光速运动的粒子（如果有的话）的世界线连接起来的两点，，，类光的是可以被光速运动的粒子的世界线连接起来的两点，，，，
“光速肯定是被量子现象所超越的” 的意思就是，对于两个纠缠态的粒子，对一个粒子进行测量这一事件与另一粒子波函数坍缩这一事件是类空的两个事件，，可以理解为这两个纠缠态的粒子之间存在着超光速的联系，，，，，

回复 32# feng1734


    非常感谢你的回复。


另外再请教个问题，因果律在物理学上属于哪个分支？对于“因果关系”这样东西在物理上是怎么表达的？“因果关系”和“时间上的先后顺序”有关吗？

因为看到了15楼，所以我回复一下。

先鄙视一下楼主，你既然有物理学学士学位，那么这个问题应该在《量子力学》课程里早就被老师讲清楚了。进一步的，如果你选修了《广义相对论》和《高等量子力学》的话，这样的问题就根本没有理由被提出来。


考虑到这里大部分人没有物理学学士学位，熊给他们解释一下这个问题：

首先，狭义相对论和量子力学没有任何冲突，各自有各自的适用范围，井水不犯河水。
然后，量子场论是以量子力学和狭义相对论为基础创立的，完美的融合了二者，适用范围基本上覆盖了整个微观领域。目前的“标准模型”就是以量子场论为基础的。
但是，广义相对论暂时没有被（以传统方法）纳入量子场论中，原因是数学技术储备不足，在传统的框架下推导有困难。目前有新方法融合了广义相对论和量子场论，比如超弦、圈量子引力等，虽然公式很漂亮，哲学和逻辑上都很合理，但由于暂时没有足够的实验去验证（或否决）它们，所以一般不被认为是普遍接受的理论。

一些具体概念的解释：
关于因果律：一般认为，狭义相对论、广义相对论、量子力学都不违反因果律。只是在不同的理论中，这个“因果律”的表述不太一样。部分人相信，因果律是下一代物理学的基本原理之一，只不过我们目前暂时不知道如何用数学方法普适的描述它。
关于超距作用和光速不变原理：量子纠缠态的坍缩不是超距作用，也不违反光速不变原理。就像用手电筒的光柱划过月面一样，量子力学效应可以造成看似超光速的现象，但这个现象无法传递物质或信息。

顺便回复31楼具体的问题：
闵科夫斯基时空结构和欧几里德时空不同，它会被划分为若干不相连的区域，其中有因果联系的是类时的，没有因果联系的是类空的。我不知道你看懂没有，没看懂就算了，前置知识点太多了。
另外那句没头没脑的话，基本属于随口乱说，可以参见我前面关于“关于超距作用和光速不变原理”的解释。

回复 33# vimb


    我也不清楚 因果律 是否可以归到物理学某一分支上，，但因果律一般的表述我觉得应当是这样的，，即粒子的未知状态是所有粒子已知状态的函数，，，，，
在狭义相对论的框架下，粒子状态可以由坐标和时间两个变量（如果坐标展开成三维坐标的话就是4个变量）来描述，，于是狭义相对论下的因果律就体现为  任意粒子未知的坐标或时间=所有粒子已知的坐标和时间的函数，，，，所谓认同因果律，其实就是承认我们拥有由已知预测未知的能力的一种信仰，，，，
时间在因果律中其实并没有被赋予任何特殊的地位，，我们对时间的特别印象源于我们自身的感官，，，在物理学运算过程中时间的顺序可以被颠倒甚至完全打乱，但最后我们都可以通过数学上的变换把系统已知的状态变换到时间上的过去，把系统未知的状态变换到时间上的未来，，，，于是我们可以方便的通过实验来验证以及理解我们的物理理论，，，，

推荐《量子物理史话》，可能有帮助。

回复 34# bearcat


    纠缠态的波函数坍缩真的不能用来传递信息么，，假设我们制造了10对不同种类粒子的纠缠态的粒子对（比如说，一对纠缠态氢原子核，一对纠缠态氦原子核，一对纠缠态锂原子核，，等等），，，将这10对纠缠粒子拆开分发给两个人，，然后其中一个人针对个别的几个粒子进行了测量，则这些粒子以及在另一个人那里对应的几个粒子都会由叠加态坍缩到某个本征态（比如一个人对氢原子核和锂原子核进行了测量，则两个人所拥有的氢原子核和锂原子核全部坍缩到某些个本征态），，因为叠加态和本征态都是可测量的状态（不过是统计上的），所以没有进行测量的那个人通过观测自己手中的粒子哪些是叠加态，哪些是本征态就可以确定另外一个人是对哪些种类的粒子进行了测量，，，这里就有信息被传送，，，，，
当然了，区别叠加态与本征态的实验都需要大量的样本，，所以实际过程可以这样完成，，，每个人拥有100组一样的粒子，每组粒子都包含10种不同种类的原子核，，一个人对所有100组粒子的氢原子核和锂原子核同时进行测量，，，另一个人对自己手中所有的100*10=1000个粒子在一小段时间区域内进行叠加态与本征态的鉴别实验，当某些本征态被鉴别出来的时候，这个人就能知道，对应的粒子就是另一个人进行了测量的粒子，，，，，，，，，，，

围观（此挂号补充回帖字数ing）

回复 37# feng1734

如何用统计方法鉴别纠缠态？