简历阅读 -命运的量子力学

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命运的量子力学

时间旅行如何解释一些科学最大的谜题。

“客观世界根本就是,它不会发生,”1949年写了数学家和物理学家赫尔曼韦尔。从他的角度来看......乔治·莫尔

“T他只是客观世界, 它不是发生,“在1949年写了数学家和物理学家赫尔曼韦尔。从他的角度来看,宇宙在太空中布局时肯定地制定了。时间没有通过,过去和未来是真实的。如果你的常见意义反叛这个想法,那可能是一个原因:因果关系的箭头。过去的事件导致目前的事件导致未来事件。如果时间真的就像空间,那么也不应该从未来影响现在和过去的事件?

他们实际上可能。约翰·惠勒(John Wheeler)、理查德·费曼(Richard Feynman)、丹尼斯·夏马(Dennis Sciama)和亚基尔·阿哈罗诺夫(Yakir Aharonov)等著名物理学家推测,因果关系是一个双头箭头,未来可能会影响过去。今天,这一观点的主要倡导者是休·普莱斯(Huw Price),他是剑桥大学(University of Cambridge)的一位哲学家,专门研究时间物理学。普莱斯说:“这个问题的答案是,‘世界会变成这样吗?我们对过去的控制有限吗?’答案是肯定的。”更重要的是,普莱斯和其他人认为,这种控制的证据已经盯着我们半个多世纪了。

他们说,证据是一种称为纠缠的东西,是量子力学的签名特征。“纠缠”一词具有与浪漫纠缠相同的内涵:一个特殊的,潜在的麻烦,关系。当实验室生产时,缠绕的颗粒在近距离接近时开始。然后,当他们分开时,他们表现得像一对魔法骰子。您可以在拉斯维加斯中“滚动”一个(或对其进行测量),您的朋友可以在大西洋城,N.J中滚动另一个,每个死亡都会在随机的一面降落。但是,无论那些双方是什么,它们都会彼此一致的关系:例如,它们可以是相同的,或者总是不同。如果您发现这一点发生,您可能会假设在滚动之前装载或固定骰子。但没有弯曲的骰子可以这样做。毕竟,大西洋城的死亡会根据与拉斯维加斯的死亡发生的事情变化,反之亦然,即使你在同一时刻滚动它们也是如此。

因果是一个双向箭头,未来可能会影响过去。

对于纠缠的标准解释是两个粒子之间发生了某种即时通讯。它们之间的任何交流都必须在其间的瞬间进行——也就是说,以无限快的速度。这显然比光速还快,而光速是相对论所禁止的通讯速度。根据爱因斯坦的观点,任何东西都不可能做到这一点,这让他认为一定有某种新的物理学在运作,超出了量子力学本身的范围。

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假设粒子(或骰子)彼此瞬时连通的情况并非如此,并且也不是其值预先固定的情况。似乎没有剩余的选择。但是,这里的价格要求我们考虑不可能的:对缠绕颗粒中的任一个做某事导致时间在过去靠近过去并强烈相互作用时向过去的时间向后行驶。此时,从未来的信息交换,每个粒子都会改变其伴侣的行为,这些效果再次进入未来。不需要瞬时沟通,而且没有违反相对论。

乍一看,这种对纠缠的解释将一种麻烦的行为——跨越任意距离的即时通信——替换为另一种——信息在时间上倒退。但是我们真的应该被来自未来的信息穿越到过去的想法所困扰吗?毕竟,从数学上讲,时间上的纠缠和空间上的纠缠是一样的,我们对信息在空间中向各个方向传播没有任何顾虑。

要思考这个问题,请考虑一个最普通的物体:冰棒棒。木棍会弯曲或弯曲,这取决于你对两端施加的压力。现在想象一根冰棒的两端在时间上而不是在空间上分开。同样的逻辑也适用于:棍子中间发生的情况取决于两端的情况。对于纠缠粒子,端点恰好是时间。一端是它们在实验室里紧挨着被创造的那一刻,另一端是它们相距较远并被测量的那一刻。他们在中间时间的行为取决于过去和未来的信息流动。

就像量子力学中的许多其他东西一样,这种反向因果关系的概念在范围上是有限的。只有在某些情况下,我们才能看到未来对过去的影响。虽然单个粒子过程可以在时间上向前或向后移动,但宇宙作为一个整体是向前倾斜的,因为它的过去端点高度有序,而它的未来端点高度无序。我们的死亡率就是这个微观世界的不对称性。

因此,我们的时间段落的感觉和自由意志的延伸。我们有这种感觉,过去是固定的,因为我们有记录,因为宇宙从其高度有序的起源达到了凌乱的未来而创造。我们没有未来的记录。事实上,您可以将未来定义为“我们不知道”。我们不了解未来的许多事情之一就是我们自己会在其中做的事情。我们只在生活方式中获得了这种知识。我们的决定可能会被预定,但我们仍然必须经过比较,这就是给出了我们的意思。

但在量子层面上,时间是模糊的。海森堡测不准原理使我们对过去事件的了解和对未来事件的了解一样少。从深层意义上说,这些事件对我们来说并不是真正的“过去”,因为我们不知道发生了什么——它们存在于开放的“未来”。因此,预期我们能够影响过去的事件是一致的。量子力学重新划定了无知和知识之间的界限,也因此划定了未来和过去之间的界限。

我们真的应该被来自未来的信息穿越到过去的想法所困扰吗?

但我们对过去的控制是非常有限的——如果宇宙要避免在一个巨大的逻辑悖论中发生内爆,就必须如此。量子力学就是用来否定你的影响的。它在时间的长河中制造了一个漩涡,但只是一个很小的漩涡。

反因果怀疑论者抱怨说,倒不是说反因果关系很奇怪全部解释纠缠的选项是——但是支持者们还没有将他们的想法充实成一个成熟的理论。牛津大学的哲学家大卫·华莱士说:“你不能只接受量子力学的本质,然后说,‘我将用回溯的方法来解释它。’”“你需要想出一个逆向因果的、经验等效的替代量子力学的方法。而这一点还没有做到。”

支持者接受这种批评。“那些想要调查逆转性的人必须提出货物,”周边学院的物理学家Matt Leifer说。“事实上,不是每个人现在都要认真对待,我认为他们是对的。”最开发的逆向型号之一是由华盛顿大学的物理学家John Cramer开发的所谓的交易解释。根据克莱默,每次事件都会发出正向和后向后传播的波,将粒子的测量与早期的准备相连,但在时空的其他位置取消。但即使是这张照片,华莱士说,就是“思想草图”。仍然没有完整的逆转模型。

但即使不存在逆转,它也会激发了关于量子物理学的新思考。例如,它曾经是一种信仰的物品,即没有扰乱它,没有粒子可以测量粒子,但在研究retocausal模型时,类似于克莱默,雅拉里亚哈拉诺夫和他的同事提出了一种“弱测量”的技术。他们意识到您可以探测量子系统,如此轻柔地探测探测的效果在系统的内在不确定性中丢失,但您仍然可以通过反复试验来检索有用的信息。Aharonov和他的同事们在实验中使用了这种技术,他们说提供了逆转的证据 - 但你不需要购买逆转以利用这种技术。

其他研究人员正在使用逆转性来解释现有结果。例如,价格的合作者是圣何塞州立大学的理论物理学家Ken沃顿辩称,逆转是理解称为沮丧的自发排放的过程的自然方式。当周围环境变得无法吸收这种光时,通常发出光的原子将停止发出。因此,一个事件(发射)取决于在未来(吸收)中发生或不会发生的事情。“这是探讨未来的粒子的例子之一,并看到那里的内容,然后基于它做出决定,而且不是腐朽,”沃顿说。“在因果模型中很难理解。”

回溯因果模型迫使物理学家重新考虑长期存在的禁忌。在为当前的未来事件提供一个角色方面,它结合了延伸至柏拉图和亚里士多德的思路。他们认为,自然和人类一样,都是围绕最终的目的和目标来组织的。就像面包师的目的是烘焙一样,雨滴的目的是落下,种子的目的是长成一棵树。这些所谓的目的论方法在牛顿和他的同时代人证明你可以仅用当前的环境来预测自然物体的未来时,就退出了科学主流。未来没有明确的角色,也没有明确的需求。通过回溯因果关系,物理学可能会迫使一个非常古老的想法回到对话中。


乔治·莫纳是物理和宇宙论的作家,作者《弦理论白痴指南》。他是一名高级编辑科学的美国人并获得了美国物理科学学会写作奖等荣誉。

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