罗杰·彭罗斯:量子力学之谜丨展卷
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1997年,剑桥大学出版社整理出版了彭罗斯讲座内容合集《宇宙、量子和人类心灵》(The Large, the Small and the Human Mind),这是继《皇帝新脑》和《心灵的影子》后,彭罗斯再次阐述他对于宏观的宇宙学和微观的量子力学描述世界的看法。在物理学的边界上,他期待出现新的认知——给出大脑产生意识的机制。尽管他基于数学和物理学深刻认识而提出的“微管”理论饱受争议,但他仍坚持自己的想法,在本书中回应了对《皇帝新脑》的批评,包括他对理论物理学家霍金、科学哲学家艾伯纳·西蒙尼(Abner Shimony)等人的回应。
本文主要为彭罗斯对量子力学的介绍,如今量子力学的科普文章汗牛充栋,但彭罗斯以睿智的眼光直指量子力学的核心问题——在量子世界到经典世界的过程中,有什么限制了我们的理解?
本文节选自《宇宙、量子和人类心灵》(东方出版中心,2023.3)第二章《量子力学之谜》,小标题为编辑所加。
撰文 | 罗杰·彭罗斯(牛津大学劳斯鲍尔荣誉数学教授)
翻译 | 阳曦
图1 U是“幺正”(unitary)的缩写,R为波函数坍缩。从U到C引入了不确定性。
图2 (a) 一个0自旋的粒子,粒子衰变成两个1/2自旋的粒子,即一个电子 E 和一个正电子 P。测量其中一个1/2自旋粒子的自旋态显然会立即确定另一个粒子的自旋态。(b) 阿兰·阿斯佩和同事的 EPR 实验。从光源向外发射的光子对处于一种纠缠态。直到光子到达终点,才能确定在哪个方向上测量每个光子的偏振——这时候已经来不及传递信息给对面的光子,告诉它测量的方向。
图2 (a) 伊利泽-威德曼炸弹测试问题。炸弹的超灵敏导火索会对单个可见光光子带来的冲击产生响应一一前提是这枚炸弹并非哑弹,它的导火索没有卡住。问题是,如何在一大堆可靠性存疑的炸弹中找出一枚好的。(b) 如何在有哑弹的炸弹堆里找出一枚好炸弹,实验装置如图所示。如果炸弹是好的,右下角的那面镜子就成了一台测量装置。当它测量到某个光子走了另一条路,B 点的探测器就会接收到这个光子——哑弹无法完成这个任务。
图7 薛定谔的猫。光子处于“反射”和“穿透”的线性叠加态下。如果光子穿透镜面,就会触发装置,杀死一只猫,所以根据幺正演化,这只猫处于既死又活的叠加态下。
3 罗杰·彭罗斯访谈
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