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王孟源:宣传中国的量子卫星,别把“哥本哈根解释”混进来
关键字: 量子卫星时间晶体杨振宁近日,观察者网就一些热点的基础科研问题,再次请教了哈佛大学物理学博士王孟源先生,这些问答已经刊登在王先生的博客上,我们也刊载如下:
观察者网:
1 今年中国大陆发射了量子卫星,量子力学的非定域性再次得到无漏洞验证,具体报导见《爱因斯坦和玻尔的世纪争论,在中国的“墨子号”量子卫星上得到检验》。爱因斯坦和玻尔的争论真的被解决了吗?
另外,一直致力于批评潘建伟实验的北京大学王国文最近又写了一篇文章,该如何评价?
2 在中国,玻尔的“哥本哈根解释”经过朱清时院士的阐述,变成了“物理学步入禅境”、“客观世界可能不存在”。清华大学的量子信息专家王向斌在为朱清时辩护的文章中说,在量子信息领域,经常要用到单次测量的结果,这会涉及到量子塌缩,并批评退相干即坍缩的说法。这种辩护该如何评价?
3 Wilczek提出的“时间晶体”的概念,近年来很火,但也有很多争议。似乎概念的含义本身也没有统一,许多说找到了“时间晶体”的实验,算不算王先生所说的迎合热点,追救护车?
4 上次我们就杨振宁投稿国际期刊遭拒,后在中国期刊顺利发表的事情采访了你,刊出后引起了许多读者讨论,你还有什么要补充的吗?
王孟源:
1
首先,你提到的那篇有关“量子卫星”的文章,引用自《墨子沙龙》(大概源自墨子卫星的团队),内容是完全错误的。
量子力学是量子力学,哥本哈根解释是哥本哈根解释;两者是独立的理论,甚至不在同一个学科里:前者是实验可以验证的,所以是物理,后者则是对前者的逻辑解释,属于物理数学。爱因斯坦的确对前者和后者都有质疑,但是我们不应该像《墨子沙龙》那样把两个分别的反对意见混为一谈。
爱因斯坦对哥本哈根解释的不满,原因很简单,就是哥本哈根解释甚至无法有数学意义上的定义:“观察者”(和观察者网无关)是什么?“观察”是什么?“实验”是什么?它们和宇宙日常运行的其他无数个事件有什么不同?所以哥本哈根解释在逻辑上根本就没有一个结构可以讨论。正确的理论是量子去相干,这在30年前欧美的物理数学界就已经确定,但是因为是个冷门题目,没有很多论文发表,而且不是发表在“主流”物理期刊上,中国物理界似乎只有极少数人注意到。
至于爱因斯坦在那篇EPR论文中对量子力学本身的质疑,则完全是另外一回事。从量子力学创立之初,就有实验暗示着非局部性(Non-locality,也有翻成“非定域性“),但是局部性却是爱因斯坦推导相对论的基本假设之一(做物理专业的人,可以仔细想想Equivalence Principle的设定条件是什么?两个”局部“的系统...),虽然相对论本身和量子力学的非局部性可以勉强达成共存,亦即后者不能以超光速传递信息或能量,但是为什么会有这样的逻辑冲突,为什么一个勉强的共存会存在,却不是爱因斯坦这种有严谨逻辑思维习惯和能力的人,会愿意像波尔那样,草率放到一边的。
爱因斯坦的那篇EPR论文,就是为了解决相对论和量子力学的非局部性之间的逻辑冲突,所做的一个尝试。他的出发点当然是前者,所以假设后者只是一个假象,来自量子力学内部的未知结构;也就是,比量子力学更基本一层的理论应该是服从局部性的。贝尔后来也考虑了这个问题,认为爱因斯坦的假设是错的,写下了他的定理,然后后世的实验一而再,再而三地证实了贝尔的想法。换句话说,量子力学的非局部性是Irreducible(无可简化的)。《墨子沙龙》里,把这称为哥本哈根解释的胜利,真正是莫名其妙。就算他们忘记哥本哈根解释不是物理,先天就不可能用实验证实或证伪,也该知道玻尔根本就懒得讨论非局部性和相对论之间的冲突,更对非局部性能否被简化完全无感。贝尔则和爱因斯坦一样,知道哥本哈根解释是个胡扯,他相信的是与之敌对的Bohmian Mechanics。《墨子沙龙》的作者如此颠倒黑白,张冠李戴,用句中国常见的玩笑话来说,能压得住贝尔祖师爷的棺材板吗?
“墨子号”科学实验卫星
我称贝尔为祖师爷,是有道理的。现在流行的所谓“量子通信”,其实就是贝尔实验把两个粒子的距离拉开到几百或几千公里的成果。在有这个工业应用之前的几十年里,潘建伟这样的人都会被称为贝尔实验的专家。专门做了一辈子的贝尔实验,却始终没有去读懂贝尔的著作,以致至今仍然相信哥本哈根解释,是件非常非常奇怪的事情。
至于王国文的文章,讨论的是Bohmian Mechanics的一个引申,也就是把点粒子换成波包。这似乎是最近两三年的一个新尝试,我以前没有注意到,王国文也没有列举这个新理论的出处和任何参考数据,所列的参考文献都是早年量子力学的经典著作。他文章中提到的泽亚·梅拉利(参见https://www.nature.com/news/quantum-physics-what-is-really-real-1.17585)其实并不是牛津大学的教授,而是英国媒体界的一个科普作家,那篇《Nature》的文章,也不是专业论文,而是介绍牛津的Owen Maroney团队的一个关于Bohmian Mechanics(王国文把它叫做德布罗意理论,其实是同一件事,Bohm继承了de Broglie的思路而完善之)实验(也就是观察BM的数学模型在巨观系统下的一个体现,逻辑上来说并不能证实或证伪BM,然而BM原本就是物理数学而不是物理)的新闻稿。不过除了前述无关宏旨的一些小毛病,他文章的主轴,也就是对贝尔实验的诠释,遵循爱因斯坦 - de Broglie-Bohm-贝尔一系的正统思想,没有什么可争议的。
我对他所解释的那个Bohmian Mechanics的引申,很有兴趣,会继续找资料来做深入了解。这是因为王国文宣称把点粒子换成波包之后,就可以直接相对论化。Bohmian Mechanics唯一的大缺点就在于不能与量子场论兼容;过去60多年,一直有人努力不懈地钻研这个冷门的题目,想要突破这个难关。把点粒子换成波包,对我来说,是一个很有潜力的点子,有可能会让BM和相对性量子力学(量子场论又更复杂)兼容,那么或许就能解答前面提到的为什么相对论本身和量子力学的非局部性可以勉强达成共存的难题。
BM本身就是显性的非局部(Explicitly Non-local),所以它的引申也同样地会有显性的非局部性。BM解释贝尔实验不但是小菜一碟,而且原本就是贝尔自己用的理论。贝尔实验证伪的,不是潜变量(Hidden Variables),而是爱因斯坦的EPR论文里面假想的遵守局部性的潜变量理论。
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- 责任编辑:孙武
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