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谁见过未来的人和物质?凭什么相信时间和空间可以穿越呢?

2020-04-24 发布于 洮北资讯网




















两个酒鬼喝酒到了飘飘欲仙的状态。一个酒鬼拿出一个手电筒照向天花板说:你要是能从这个柱子上爬、爬上去,我、我就、就连喝三杯。
另一个酒鬼听到后哈哈大笑:拉、拉倒吧你,我、我才不上你、你的当呢。我爬到一半,你、你一关电门,我、我不就掉下来了吗?
这个笑话的笑点在于,手电筒的光照射出的光柱并非是实体物质,任何生物都不可能“爬”上这个虚无缥缈的“柱子”,这是可验证的常识。
事实上,根据已有的客观常识,我们就可以做出基本的判断。实现虫洞旅行的前提是宇宙空间必须是一个2维的平面(和大航海以前人们认为大地是平的一样),空间才能像一张纸一样折叠,才能让相距遥远的两个点通过折叠而紧贴在一起,实现物理距离上的“接近”。3维空间如何折叠?谁能演示一下?不会是把地球钻一个贯穿的洞来制造捷径吧。
最近,一篇《量子力学“鬼魅般的超距作用”可能有答案了:算不出来!》[https://zhuanlan.zhihu.com/p/109266736:]:“科学家证明了纯数学和算法之间的配资开户 ,但是,没有算法能算出量子力学中能达到的最大违背值。让“量子怪诞性”愈加扑朔迷离了。”
超距作用(action at distance)是指相隔一定距离的两个物体之间存在着直接、瞬时的相互作用,不需要任何媒质传递,也不需要任何传递时间。另一种解释是指处于空间两个不毗连区域的两个物体彼此之间的非局域相互作用。说白了,超距作用就是凭空相互作用,是缺乏传递力的媒介的作用。我们熟知的“隔山打牛”就是典型的超距作用。
1686年,牛顿提出万有引力定律,这种建立在开普勒行星运动定律基础上的引力定律可以精确地解释和计算行星轨道运动以及月球与潮汐现象的关系。遗憾的是,万有引力定律可以解释物体间的引力相互作用,但是却无法解释引力传递过程和引力的作用原理,缺乏物质间引力相互作用的传递媒介。还有,牛顿的引力定律并无时间限制,意味着无论距离有多远,引力的作用都是瞬时的。存在超距作用是万有引力定律的缺陷,是牛顿一生最大的心病。
我们知道,宇宙所有的问题都是相互关联的,描述宇宙的正确理论必须符合逻辑一致性的要求(但是现在的人们却在刻意回避这个原则)。例如,如果认为光是以太的振动,那么,振动的波必须要有振动的媒质,宇宙空间必须由某种物质构成,称为以太或其他什么名称不重要,宇宙空间必须是物质化的;如果认为光是粒子,那么,宇宙空间必须空无一物,不然,宇宙空间中的任何物质会产生空间阻力而使惯性运动的物质无法保持恒定的速度。不同的假设推导出不同的结果,这是波动说和粒子说的区别。
宇宙空间由什么构成?是空无一物的真空还是由某种物质构成?需要注意的是,“有”的反义词是“无”,“无”的反义词是“有”,不能是半有或半无。空间要么由物质构成,要么是空无一物的真空,不存在自欺欺人的充满了物质的“真空”或“虚空”。
牛顿认为光是一束高速运动的粒子流,一种细小的粒子,反对笛卡尔、胡克和惠更斯的以太波动说(这三位都认为光是以太的振动)。1704年,牛顿的《光学》出版,他从粒子的角度阐述了光的色彩叠合与分散,薄膜透光、牛顿环以及衍射实验中的种种现象。随着《自然哲学之数学原理》的巨大成功,牛顿的粒子说获得了第二次波粒之争的胜利。以太和波动说由此进入了相当长的一段没落期。
牛顿的粒子说获得了胜利,但是,另一个问题来了。如果空间是空无一物的真空,那么,由什么来传递万有引力呢?牛顿曾经以“稀薄的以太”、“以太精气的连续凝聚”和“隐秘的物质”等观念来解释引力和光的现象,但是,麻烦来了,无论空间存在什么物质,都意味着空间并非空无一物。如果空间由任何物质构成,则意味着不存在所谓的真空。如果光是惯性粒子,则空间必须是空无一物的真空。如果空间是空无一物的真空,那么,空间就缺乏传递各种基本作用力(请注意,引力只是其中一个问题)的传递媒介,必然存在超距作用问题。拒绝以太,让牛顿陷入了一个自己编织的陷阱而无法自拔。
牛顿的万有引力理论存在超距作用问题,让一个伟大的理论蒙上了灰尘。事实上,任何建立在真空基础上的理论都存在超距作用这个问题,超距作用像个幽灵挥之不去。
量子力学不仅容许存在超距作用,并且更加玄幻。根据量子力学哥本哈根诠释,由于观测对某些量的干扰,使得与它关联的量(共轭量)不准确。也就是说,因为测不准原理,客观世界存在不确定性。还有定域性问题,对一个粒子的测量总是会瞬间改变另一个粒子的状态,并且与时间和距离无关。
不过,这与相对论相冲突。根据狭义相对论,宇宙中所有物质和信息的运动与传播速度均无法超过光速。因为传播需要时间,而速度上限为光速。定域性原理(Principle of locality又称局域性原理、区域性原则。一个特定物体能被它周围的力量影响的尺度)认为,在某一点发生的事件,不可能立即影响到另一点。爱因斯坦认为可以精确地测量同一个粒子的精确位置。测量会影响这个粒子的动量,但是不会影响位于远处的另一个粒子的动量。如果知道它的动量和粒子的原始间隔,那么通过测量位置,我们就能够推算出另一个粒子目前的位置,所以我们可以同时了解两个粒子的位置和动量,从而证伪测不准原理。如果对一个粒子进行测量的结果影响了它在别处的伙伴粒子,它们之间似乎存在着穿越时空的瞬时“信息”,或称其为“超距作用”,这违背了因果律。
我们知道,一根琴弦的振动总是会引起一定距离内其他相同音符琴弦的振动,引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力都能够在不直接接触的情况下产生相互作用。电磁波与电磁波之间的确会产生同频率干涉,量子间的产生干涉的尺度就是量子的定域性尺度。问题是,这个定域性尺度有多大?通过什么机制相互作用呢?
如果量子是波,波的振动媒介物质也是空间传递基本作用力的媒介物质,(不同的作用力传递模式稍有不同),就不存在超距作用问题。但是,如果把量子看成是粒子,空间必须是空无一物的真空或由假想的不同的“场”,只要量子之间存在距离,那么,无论距离远近,都存在超距作用问题。也就是说,只要这些场没有传递基本作用力的媒介,那么,必然存在鬼魅般的超距作用。这是一个死胡同(后来粒子学派为各种基本作用力“创造”不同的传播子——各种玻色子来完成传递任务,但是,谁来指挥宇宙空间里的玻色子寻找到目标呢?人择原理必然推导出神择原理)。怎样才能自洽的解释超距作用呢?
量子是惯性粒子还是振动的波?德布罗意提出了一种新思路——波粒二象性。他提出了一个把粒子的图像融合到波的图像里的“导引波理论”(后来玻姆将其发展为“隐变量理论”)。认为粒子是波动方程的一个“奇点”,粒子必须接受波的引导和控制。德布罗意认为,电子始终是一个“实实在在”的粒子,但它时时受到伴随着它的那个波的影响。导引波的尺度就是这个量子的定域性尺度,在这个尺度之内,粒子的运动是瞬时的。
但是,这个波粒二象性中的粒子“面目不清”,可以把这个粒子想象成一个优秀的冲浪者,乘着巨浪前进,谁也不能把他赶下波浪,并且他可以瞬时移动到这列波的任何位置。也可把这个粒子想象为漂浮在波浪(波)中的足球(粒子),足球和波浪一起运动不可分离。同样,足球(粒子)可以瞬时移动到这列波浪(波)的任何位置。
我们可以发现,德布罗意的量子是由一个粒子和一个波这两种相互矛盾的事物构成,这好比把(有沉重的装甲)坦克的防护和直升飞机的机动性强行地结合在一起的飞行坦克。问题是,描述波动图像时,那个粒子图像就成了累赘;当描述粒子图像时,那个波动图像就成了累赘。例如,在电子双缝干涉实验中穿越双缝和屏幕上显示出干涉条纹时,电子是无可争议的波,此时,如何处理那个“实实在在”的粒子呢?德布罗意和玻姆的隐变量理论实际上是把粒子与波生硬地结合在一起,没有考虑波动性和粒子性的转换机制问题,因此,导引波理论和隐变量理论都不能自洽的解释波粒二象性的原理。
波粒二象性是什么?量子是一个惯性粒子和一个振动的波的叠加或混合体吗?量子具有波粒二象性是所有问题的最终答案吗?如果不了解清楚量子为什么具有波粒二象性,那么,理论物理学就会陷入进退两难的境地。
根据量子理论,两个光子间具有与距离无关的瞬时关联,具有超光速的及时关联性。虽然相距遥远,一个粒子的行为将会影响另一个粒子的状态。当其中一个粒子被测量后状态发生变化,另一个粒子也会即刻发生相应的状态变化。鬼魅般的超距作用具体表现在改变一个量子(粒子)的自旋会瞬时改变另一个粒子的自旋方向。粒子自旋是什么?我们知道,所有的理论描述的都是同一个宇宙。如今,对同一个宇宙,却存在4套完全不同的理论解释体系。例如,量子力学的粒子自旋和电磁波的偏振就是对同一现象的不同描述。要解析超距作用,必须先厘清粒子的自旋和电磁波的偏振之间的关系。不明白这个基本的问题,讨论超距作用没有意义。
我们知道,可见光只是电磁波谱中极狭窄的1小段。请注意,如果可见光是量子,那么所有的电磁波(所有频段的电磁波)都是量子(但是,量子力学无法将所有的电磁波量子化,即并不能解释所有的电磁波)。电磁波有偏振现象,偏振模式并非只有一种,偏振光是指光矢量的振动方向不变,或具有某种规则变化的光波。按照其性质,偏振光又可分为平面偏振光(线偏振光)、圆偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光几种。
1.(直)线偏振光:在光的传播过程中,只包含一种振动,其振动方向始终保持在光的偏振同一平面内,这种光称为线偏振光(或平面偏振光)。光矢量端点的轨迹为直线,即光矢量只沿着一个确定的方向振动,其大小随相位变化、方向不变。
2.圆偏振光:旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光,即光矢量端点的轨迹为一个圆,光矢量不断旋转,其大小不变,但方向随时间有规律地变化。可以想象一个人抖动绳子的同时,他的手臂以弧形方向旋转的,就像一个时钟在不同的时间绳子偏振方向是不同的。或者说它手臂的运动轨迹是圆形的,偏振方向也是沿圆形轨迹偏转的,光的偏振是轨迹螺旋型的。这个螺旋型轨迹的截面是正圆形的。
3.椭圆偏振光:椭圆偏振光是指光的电场方向或光矢量末端在垂直于传播方向的平面上描绘出的轨迹。当两个相互垂直的振动同时作用于一点时,若它们的频率相同并且有固定的位相差,则该点的合成振动的轨迹一般呈椭圆形。椭圆偏振光中的旋转电矢量是由两个频率相同、振动方向互相垂直、有固定相位差的电矢量振动合成的结果。光矢量端点的轨迹为一椭圆,即光矢量不断旋转,其大小、方向随时间有规律的变化。也就是说与圆偏振光类似,只是光的螺旋型轨迹的截面是椭圆形的。
4.部分偏振光:在垂直于光传播方向的平面上,含有各种振动方向的光矢量,但光振动在某一方向更显著,部分偏振光是自然光和完全偏振光的叠加。光波包含一切可能方向的横振动,但不同方向上的振幅不等,在两个互相垂直的方向上振幅具有最大值和最小值,这种光称为部分偏振光。自然光和部分偏振光实际上是由许多振动方向不同的线偏振光组成,或者说部分偏振光是各种偏振光。
(直)线偏振很容易理解,可以把它想象为笔直的锯条,锯齿理解成波就可以了。而理解圆偏振和椭圆偏振就需要费点神。我们可以先把圆偏振的运动轨迹理解成一个没被压缩的弹簧,然后再把这个弹簧的螺旋状钢丝理解成波浪状波线,那么一个圆偏振的横型就被画了出来。圆偏振的一个特点就是这个螺旋状运动的偏振波的偏振方向是不断变化的,它的偏振方向变化呈圆形或椭圆形,如同时钟的表盘,不同的时刻偏振方向不同。旋转一个圆圈后再次开始循环。顺时针旋转的是右旋,逆时针旋转的称为左旋(大家头脑中有没有灵光一闪呢?)。非常有意思,偏振电磁波也有左旋和右旋的概念。那么,偏振电磁波的左旋和右旋与粒子的左旋和右旋有什么差别呢?
根据粒子说的量子力学,自旋是与粒子所具有的内禀角动量引起的。粒子学家们认为粒子自旋与古典力学中的自转是不可相类比的,或者说本质是迥异的,根本原因是量子力学有非整数自旋的概念,而古典(经典)意义上的自转,是物体对于其质心的旋转,例如地球每日的自转是顺着一个通过地心的极轴所作的转动。粒子学家们认为基本粒子是不可分割的“点”粒子,没有具体形态,因此物体自转无法直接套用到粒子自旋角动量上来,仅能将自旋视为一种内在性质。自旋是粒子与生俱来带有的一种角动量,并且其量值是量子化的,无法被改变(请注意粒子的这个特性,为什么某些理论又认为粒子的自旋会被瞬时改变呢?)。
粒子自旋很难理解,普通粒子旋转一圈以同一面示人刚好是旋转一周,而在量子力学中,旋转一圈只是一个自旋为1的整数自旋。让许多人伤透脑筋的是微观粒子的非整数自旋,即旋转一圈半或3/2圈才能显示出同一个面貌。这意味着非整数自旋的粒子并非传统意义上的一粒粒的粒子,或者说他们不是那种有固定形态的粒子。非整数自旋粒子没有固定形态,但它们终会显露出它的本来面目,这意味着这种“粒子”的形态的变化是有规律的并且是持续的,即“粒子”的形态具有周期性的变化。问题是,既然粒子是没有具体形态的数学意义上的一个“点”,就谈不上实实在在的存在。因为实实在在的粒子无法解释非整数自旋,因此,按照粒子说的思路无法解释这种周期性变化。我们必须要拓展一下想象力,才能构建一种新的物质形态模型。
粒子说学派认为光是光(粒)子,波动说认为光是光波(电磁波)。当认为光是粒子时,光具有自旋特性,粒子学家们使用的是自旋这个词;认为光是光波时,光具有偏振特性,波动学家称之为光波。光波和光子是同一种事物——光——电磁波,不同的名称和不同的特性只是不同理论的观点,也可以说是一种偏见。
光是一种量子,量子具有自旋还是偏振,关系到两套理论解释体系生死存亡的大事。超距作用是客观现象,量子具有定域性还是非定域性?关系到经典物理学和量子力学谁才是王者的大问题。结果,人们认为阿斯派克特实验“证明”了量子具有非定域性,现在,经典物理学被认为是一个落后的理论。
客观世界真的存在鬼魅般的超距作用吗?量子具有非定域性吗?如果这是事实,那么,为什么现在仍然无法实践应用呢?
阿斯派克特实验是一个决定性的实验,将会改变了物理学的发展方向,我们必须非常慎重,不能匆匆忙忙下结论。阿斯派克特实验的结论是否科学?实验本身是否经得起检验呢?
科学精神是理性、怀疑、批判和实证,只有经得起质疑的理论才是真正的科学理论。科学的目的是解析客观现象,微观世界一定是可以理解的,如果一个理论出现神乎其神的结论,只能证明这个理论并不完备。换句话说,这是一个不成熟的理论甚至是错误的理论。阿斯派克特实验出现奇异性的结论,意味着实验的设计和理论假设出现了问题。我们来看看这个实验都有什么让人惊喜的东西。
阿斯派克特实验的具体步骤有:1光源,2光闸,3粒子自旋方向的检测装置——检偏镜(偏振片),4放大器,5粒子自旋方向的检测装置——波片和偏振片。
我们要分清一个光子和一束光的区别,众所周知,一束白光由不同波长不同偏振方向的光构成;激光也是典型的一束光,由同频率、同偏振方向的偏振光集合而成,不存在一个光子的激光。
我们知道,量子是最小的能量单元,因此,只要还能被分解成更小的能量单元,那么,再微弱的光也是一束光而不是一个光量子(请注意!)。如果阿斯派克特实验中的光是一对孪生光子,那么,左右两边就只有一个光子,那么,按照偏振片的原理(偏振片每毫米宽度有上千条狭缝,一块普通的偏振片有上万条狭缝),应该只有四分之一的可能穿过偏振片。但是,实验中,每一次光都顺利通过,只是光的强度减弱。事实上,偏振片上的每一条狭缝都有光通过,这意味着一个光子被分割成了上万个更小的光子。问题来了,既然量子是最小的能量单元,只要还能被分解成更小的能量单元,那么,再微弱的光也不是一个光量子!因此,实验无法解释一个光子在经过偏偏片时为什么被分割成无数个。因此,不能确定阿斯派克特实验中的光源是一对孪生光子。
观测一个没有明显特征的乒乓球是否处于旋转状态,我们可以在这个白色乒乓球上划上一个黑点,这样当这个点再次出现在我们的面前时,我们就可以确认乒乓球旋转了一周。但是,因为很难看清微观粒子的全貌,在这个时候它们是否处于旋转状态就很难界定了。 1951年,李政道和杨振宁想到了一个检测粒子自旋的方法[利昂·莱德曼,迪克·泰雷西:《上帝粒子》,上海科技教育出版社,2003年,第 271页]:
通过观察自旋粒子的衰变,例如u子的一个衰变产物是电子,假定大自然命令电子都只从圆柱(粒子)的一端跑出来,这就相当于确定了一个方向,如同我们在乒乓球上画上了一个点,这个点就是旋转的参照物。因此,也就可以确定粒子自旋的概念了。1956年,李政道和杨振宁在论文《弱力中的宇称守恒质疑》中挑选了一系列反应,并检查了实际中宇称——镜像对称不受弱相互作用力支持的蛛丝马迹。他们感兴趣的是从自旋的原子核里放射出的电子的方向,如果电子更偏爱其中一个方向,那就像是给钴核穿上了一件缝有纽扣的衬衫。这样的话,我们就可以说出来哪一个是真实的实验,哪一个是镜像。或者说,我们给自旋的粒子标记了一个自旋参照的一个坐标点。
有了旋转的参照物——电子发射出来的方向就是参照物的点,也就可以确定粒子是顺时针或者逆时针旋转了。一个刚刚衰变出来的电子(参照物的点),u子的自旋方向向右(顺时针),那么,这就是个右旋的u子。请注意,这是自旋的标准解释。但是,在阿斯派克特实验中测量粒子的自旋却不是使用这种方法,而是使用波动力学的标准检测方法,使用偏振片测量电磁波的偏振方向。是的,你没有看错,是测量电磁波偏振方向的偏振片。
在阿斯派克特实验中,穿过偏振片的是粒子还是波呢?约翰·格里宾指出[约翰·格里宾,《寻找薛定谔的猫》,海南出版社,2009年,第165页]:
到目前为止,用来做这个检验的所有实验所涉及的都不是材料粒子的自旋,而是光子的偏振。但是它们的原理是相同的。偏振是光子的一个特性,它在伴随一个光子或一束光子的空间中定义了一个方向,就像自旋在伴随材料粒子的空间中定义了一个方向一样。
我们知道,偏振是波的概念,一个粒子怎样偏振?为什么光是一连串的振动而不是一个振动的点呢?振动和自旋是两种截然不同的概念。既然利用的是电磁波的偏振,为什么结论又是粒子自旋呢?
我们旋转一个右旋的螺丝钉,在镜子里面我们看到的是一个左旋的螺丝钉,因为镜子里影像是螺丝钉的对称镜像,这种镜像对称的学名叫宇称守恒。一个人在镜子面前举起右手,镜子里面本应该出现的镜像应该是举起右手,但是,如果镜子里显现出举起的左手的镜像,这就是宇称不守恒。为什么会出现这样的结果呢?事实上,一个右旋的粒子变成了左旋,原因是观察者的速度超越了这个右旋的粒子,结果,追上了前进粒子的观察者回过头来观察这个粒子时,这个粒子的旋转方向变成了左旋,这被称为产生左手性了。手性(chirality)这个词源于希腊语:“手”(ch[e]ir)。如果某物体与其镜像不同,则其被称为“手性的”,且其镜像是不能与原物体重合的,就如同左手和右手互为镜像而无法叠合。手性物体与其镜像被称为对映体。手性及手性物质只有两类:左手性和右手性。事实上,粒子自旋方向并没有真的改变,改变的只是观察者的观察角度而已。
千万不要被这些神乎其神的专用术语所迷惑,其实,真相非常简单。只有明白了这些新创造的名词的真正含义,才能看清量子力学的本质。
我们知道,光是有偏振的,不同的光有不同的偏振方向,一束白光包含了不同偏振方向的偏振光。而偏振片只有一种偏振方向,所以理论上只有和偏振片偏振方向相同的偏振光可以通过(取决于偏振片狭缝间的宽度)。如果光是粒子,那么,虽然也有一小部分的光子可以穿过偏振片栅栏的缝隙,但是,这些穿过偏振片栅栏的光子将什么自旋方向都有,而不是只有一种自旋方向,因为偏振片没有区别和筛选不同自旋方向粒子的机制。简单地说,如果光是光子,那么,一束白光穿过偏振片栅栏后应该仍是包含所有自旋方向的白光。
面对偏振片,光粒子、电粒子或是亚原子粒子面对的问题不再是双缝干涉实验的“左缝”和“右缝”的选择了,而是面临1000种、10000种选择。问题是,1“颗”粒子怎样同时穿越1000条10000条狭缝的偏振片呢?我们来看看量子力学的几个主流理论和解释。
根据哥本哈根诠释,当我们不进行观测时,单个光子将会同时从两条狭缝穿过。而当我们观测时,光子将选择一条狭缝穿过。但事实是,偏光太阳眼镜就是偏振光栅原理,光在我们眼睛的观察下被偏振光栅分成了无数份。事实证明,无论有无观察者进行观察,偏振片10000条缝隙都有光同时穿过,并且偏振器只会允许与偏振光栅相同方向的偏振光通过。无论有没有智能生物的观测,偏振片光栅都忠实地执行分光的任务,大部分其他品种方向的偏振光都没有通过偏振片,所有的偏振光也没有“塌缩”。
路径求和解释,1‘颗’光粒子同时从10000个狭缝或是无数种其他路径中穿过了吗?10000条缝隙都有光子穿过,如何解释有多少个狭缝就有多少“真实”的路径呢?
多世界解释(即大名鼎鼎的平行宇宙理论)来说,面对10000个狭缝,1“颗”微不足道的光粒子就能把世界劈成10000个,如果有无数个光粒子、无数条狭缝呢? 如何产生10000个互不关联的宇宙?问题的关键在于,为什么穿过了10000条狭缝的光子都出现在同一个世界里了呢?
多历史理论,1“颗”光粒子产生了10000个虚假的历史,事实是,10000个狭缝都有光“真实”地穿过了,10000条狭缝的光子都出现在同一个世界里,每一个狭缝中的历史都是真实的,如何解释 1“颗”光粒子同时穿越了1000条、10000条、100000条狭缝呢?偏光太阳眼镜就是偏振光栅原理,光在我们眼睛的观察下被偏振光栅分成了无数份。这是非常残酷的现实,无论哥本哈根诠释还是粒子说的其他解释都无法给出逻辑自洽的解释。一个光子面对双缝干涉实验的两条狭缝都催生从无数个粒子说的解释,面对10万条狭缝,为什么问题忽然间变的简单了呢?
从粒子说的几个流派对阿斯派克特实验的解释来看,我们发现,无论是哥本哈根诠释、路径求和解释,多世界解释还是多历史解释,都无法自洽的解释一颗光粒子如何同时穿越偏振器中那么多条偏振光栅。事实证明,光穿过了偏振片后,只有与偏振片偏振方向相同的光穿过了偏振片,当然,有些人也可以说粒子自旋方向发生了改变。
功率放大器环节。经过偏振片的过滤,只有少部分的光通过了偏振片,光的强度减弱。为了进行实验,需要放大器来增强光的能量。为什么穿过偏振片后,光粒子的能量会减弱?这颗光粒子损失了什么?根据粒子说的理论,粒子的能量即动量,粒子速度越大,动量(能量)越大,但事实是,通过偏振片后光的强度减弱,但是,光速没有减速。经过放大器后,光的能量增强了,但光速并没增加。这证明光的能量大小与速度无关。
穿过了偏振片的粒子自旋方向就被固定了吗?或是说,穿过了偏振片的偏振光就不会改变偏振方向了吗?
我们知道,圆偏振和椭圆偏振电磁波的偏振方向如钟表的表盘,偏振方向随着时间轴的推进而改变偏振方向,偏振方向以360度旋转,这是经典物理学告诉我们的常识。
让我们再来回顾电磁波的偏振实验。一片垂直方向的偏振片和一片45度夹角偏振片(两块偏振片以45度夹角放罝),通过的电磁波是通过第一偏振片的50%;一片垂直方向的偏振片和一片水平方向的偏振片(两块偏振片以90度夹角放罝)可以挡住所有的光波;如果在这两片偏振片中间插入一片45度夹角偏振方向的偏振片,将有1/4的光通过最后一片水平方向的偏振片。请注意,如果抽走中间这片45度夹角偏振片,那么,又没有光可以通过,中间这片45度夹角偏振片具有某种桥梁的作用。这说明实验中电磁波在穿过垂直偏振方向偏振片后光的偏振方向发生了改变,而不是只有一个偏振方向的线偏振光。
对于光的偏振,还有另一个实验。光在穿过垂直方向的偏振片A后(穿过偏振片的光一部分是与偏振片偏振方向刚好相同的圆偏振光和偏振方向与偏振片方向相同的线偏振光),检偏镜B可以得到水平偏振方向的圆偏振光,问题的关键是要调整垂直方向偏振片和水平方向偏振片至合适的距离(请注意!)。这意味着圆偏振光在穿过某个偏振方向的偏振片后,圆偏振光的偏振方向仍然随时间不断改变偏振方向。也就是说,穿过某个偏振方向的偏振片后,圆偏振光仍然是圆偏振光,其偏振方向仍然在不停的旋转。这是客观事实,任何人都可以重复这个简单的经典的波动力学实验。
如果把圆偏振的光波看成是光粒子的自旋,那么,穿过了偏振片的左旋粒子可能会变为右旋粒子。按照粒子自旋的定义,自旋是粒子与生俱来带有的一种角动量,并且其量值是量子化的,无法被改变。在阿斯派克特实验中,粒子的自旋怎么又可以瞬时被改变呢?
相关性检测环节。实验仪器:1、四分之一波片(quarter-wave plate);2、检偏镜(偏振片) ; 3、光电接收器;4、计算机。 我们知道,波片和偏振片都是检测电磁波的检测工具。我们来看看波片有什么特性。
根据经典电动力学,圆偏振(偏振方向随时间改变)的光在穿过四分之一波片后变为线偏振光(只有一个偏振方向),然后再次穿过一片四分之一波片后又再次变为圆偏振光(线偏振光入射到四分之一波片,且θ=45°,则穿出波片的光为圆偏振光;当线偏振光垂直入射1/4波片,并且光的偏振和云母的光轴面垂直自然裂开面)成θ角,出射后成椭圆偏振光。)。如果光是粒子,为什么这个光子在穿过1/4波片前有自旋?而穿过1/4波片后自旋为零?为什么再次穿过1/4波片后又恢复自旋?粒子说对此没有自洽的解释。
我们可以看到,实验里的偏振片、功率放大器和相关检测装置(波片和偏振片)等这些环节都是波动说的检测设备。也就是说,除了光被认为是粒子外,整个实验都是一个标准的经典波动力学实验。当然,得出的结论也只有波动说能够给出合理自洽的解释。
我们来看看粒子学家们对实验中偏振片的解释。[保罗·戴维斯,朱利安·布朗《原子中的幽灵》,湖南科学技术出版社。2018年,第24页]:
如果入射光波跟偏振片成45度,可以将它视为互成直角偏振的两个等强度波相干结合而成。与偏振片平行的波会透过去,而另一个则被阻挡住。我们可以将包含一个与偏振片成45度偏振的光子的量子态视为两个“幽灵”或两个“潜光子”的叠加:平行偏振的一个得以通过偏振片;垂直偏振的另一个则不能通过。当测量最后完成时,这两个“幽灵”中之一被提升为“实”光子,另一个则消失。假设测量表明,光子穿过偏振片,则测量前平行于偏振片的“幽灵”光字变成了“实”光子,但我们不能说这个光子在测量之先“实际存在”。所能说的只是该系统处于两个量子叠加态之中,没有哪一个光子具有优越的地位。
波动说和粒子说的解释谁更靠谱一目了然。耐人寻味的是,具体采信哪一方的实验解释和结论,完全由各人以个人偏好和学派的立场来决定。
当前,阿斯派克特实验还有一个严重的逻辑问题。按照目前粒子说的主流结论,向A光路运动的光量子可以通过光闸导向垂直方向偏振光栅的偏振器,得到垂直偏振方向的偏振光,而向B方向运动的光会瞬间变成水平偏振方向的偏振光。当向A光路运动的光通过光闸被导向水平偏振光栅的偏振器后获得水平偏振方向的偏振光时,向B方向运动的水平偏振方向的光瞬时变成垂直偏振方向的偏振光。
请注意,当A光路的光经过A光闸的时候,B光路的光刚好也经过B光闸。A光闸选择的瞬间也是B光闸选择的瞬间;当A光路的光经过A偏振器的时候,B光路的光刚好也经过B偏振器。A偏振器选择的瞬间也是B偏振器选择的瞬间,即A和B光路的光同时经过A、B光路上的光闸和偏振器。因此,A、B两路光经过的每个环节是同步的。问题来了, A光路上的光被导向水平方向的偏振器后获得水平偏振方向的偏振光时,如果B光路上水平偏振方向的光瞬时变成垂直偏振方向的光,那么,B光路上的光闸和偏振器就形同虚设,它们完全被视为无物。同样,反过来,通过改变B光路上光的偏振方向来瞬时改变A光路上光的偏振方向,同样也把A光路上光闸和偏振器完全被视为无物。由此看来,B光路上有没有闸门、偏振器也不会影响实验的结果(反过来A光路上决定自旋方向的光闸和偏振器处于失灵的状态也一样)。大家静下来认真思考一下是不是存在这个问题。
我们可以将阿斯派克特实验装罝稍做修改,将A、B两个方向光路上的四个偏振器全都换成相同一种偏振方向的偏振器(偏振方向水平或垂直),即无论光闸反射镜怎样选择,两条线路的光都只有一个偏振方向或一个自旋方向。结果是,两个方向光路上的光最后测得的自旋或偏振方向还是会有左旋或右旋两种方向,即无论A、B两个光路上的光量子是什么自旋或偏振方向,检测结果的自旋或偏振方向都是随机的,请注意!自旋或偏振方向都是随机的!
以上试验太过复杂,有没有更简单、更直观的验证方法呢?有!非常简单。我们可以简化实验,去除放大器环节,直接在有光通过的偏振片后面用另一个偏振片来检测光的偏振状态,即改变偏振片的位置和角度,检测光的偏振方向。如果在偏振片后面检测到光的偏振方向发生了改变,则意味着透过偏振片的光不是只有一个偏振方向的线偏振光;如果偏振片在不同的位置检测到光的偏振方向出现变化,则意味着透过偏振片的光是圆偏振光或椭圆偏振光,意味着到达相关性检测环节的光的自旋或偏振方向是随机的,那么,光是自旋的粒子或偏振的电磁波已经不重要了。这个实验方法是不是很熟悉?对,就是重复图4-图5-图6的实验——典型的波的偏振实验。
如果以上三种方法在相关性检测环节检测的结果自旋或偏振方向都是随机的,就意味着A、B两个方向光路上光量子的自旋和偏振方向的变化不存在绝对的因果关系。
综上所述,通过对阿斯派克特实验中五个环节的分析发现这并不是一个完备的实验,实验的结论与客观现象不相符合,基于粒子说的解释在逻辑上不能自洽。因此,在没有确定光量子是实实在在的粒子还是不同偏振方向的电磁波时,实验不可能得出任何有意义的结论。
我们知道,一根琴弦的振动总是会引起一定距离内其他相同音符琴弦的振动,这就是声波的同频率共振现象。同样的,某种振动频率的波也会影响一定距离内同频率的波。磁铁与磁铁之间,也会通过各自产生的磁场,互相施加作用力和力矩于对方。根据同频率谐振原理,电磁波与电磁波之间也会通过电磁场相互影响,电磁波与电磁波之间距离越近,相互影响程度越大。电磁力与引力一样都遵守距离平方反比定律。贝尔的定域性范围应该有多大呢?我们知道,无线电波的波长区域在0.3毫米~3000米之间(波长最长的波可达万千米级别),因此,无线电波的定域性范围不小于3000米,这是一个非常大的尺度。在这个定域性范围内,同频率的无线电波之间可以产生干涉(前提是空间要有电磁波振动的媒介物质)。
我们知道,量子化是对某种事物或现象的粒子说解释。对粒子学家们来说,量子化本质上就是“粒子化”。例如,可见光的量子化是把可见光波段的光波看作是一种微粒,即光子。问题是,其他波长较长的电磁波如何量子化呢?例如无线电波可以被量子化吗?我们知道,无线电波的直线速度是光速,如果把无线电波看成是类似光子的粒子,即“无线电粒子”,那么,因为最短的距离是直线,这个波状运动(传播)轨迹的“无线电粒子”在波动路径上的速度必然超过最大光速(事实上所有电磁波的量子化解释都存在这个问题)。如何将电磁波谱中绝大多数波段的电磁波量子化呢?有“厘米波粒子”吗?有“毫米波粒子”吗?有“红外线粒子”吗?有“微波粒子”吗?它们都有什么类型的自旋?事实证明,对波长大于可见光波段尺度的电磁波的量子化都不成功。
粒子标准模型不仅缺引力子和所有粒子质量的来源——上帝粒子,也不能对客观存在的电磁波给予自洽的解释。为什么一颗有自旋方向的光粒子穿过了某种偏振方向的偏振片(狭缝)后自旋方向会发生改变?这种改变的机理是什么?为什么光粒子的能量会减弱?这颗光粒子损失了什么?在这些问题得到自洽的答案之前,不能认为偏振片可以改变粒子的自旋方向。偏振片只适用于筛选不同偏振方向的电磁波,因此,改变粒子的自旋方向或对自旋粒子自旋方向的筛选就需要寻找其他的方法。
既然电磁波波谱中绝大部分的电磁波不能被量子化,那么,我们就不能一方面把电磁波理解为自旋的粒子。既然无法确认可见光是旋转偏振的电磁波还是自旋的粒子,那么,就不能对阿斯派克特实验的结果给出确定的结论。宇宙空间缺乏传递基本作用力的空间介质,就会出现鬼魅般的超距作用。如果我们面对现实,承认宇宙空间由物质构成(称为暗物质或是以太并不重要),那么,超距作用就可以得到自洽的解释。
科学就是整理事实,从中发现规律,得出结论,构建理论。科学的内涵,即事实与规律。而用实验中创造的现象或曲解一个实验去推想自然界中存在某种规律并以此构建理论是一种本末倒置的做法。客观现实就是好的证明,实验中创造的现象不具有“实在性”。客观现实证明,贝尔不等式并没有被突破,微观世界仍遵守定域性原则。客观世界并不支持粒子物理学,建立在客观事实基础上的经典物理学才是现代科学的基础。
事实上,量子力学的理论体系自相矛盾,无法做到逻辑一致。但是,人们只愿意看到他们愿意看到的东西,只愿意相信他们相信的东西,显而易见的自然现象或是确凿无疑的实验结果都不能让人们面对现实。证实性偏见(confirmation bias是指个人在主观上支持某种观点的时候,往往倾向于寻找那些能够支持自己原来的观点的信息,而忽视那些对己不利或矛盾的信息,以支持自己想法的现象。)的魔力超出了人们的想象。
https://link.zhihu.com/?target=http%3A//m.kdnet.net/share-12412205.html%3Ffrom%3Dgroupmessage:“尊重知识、听取学者意见很好,但发展到崇拜任何人的程度都很危险,包括崇拜学者。一个人一旦被推崇为先知或权威,他(她)自己都可能信以为真,进而变得骄傲自大,甚至陷入疯狂。对追随者而言,一旦他们信奉某人为权威,便会自我设限,停止努力,只期待着偶像来告诉他们全部问题的答案和解决方法。即使答案是错误的、方法是糟糕的,他们也会通盘接受。”
科学的精神是什么?那就是敢于质疑权威的勇气和对一切事物保持好奇的眼光。智慧从怀疑开始,真正的科学精神是理性、怀疑、批判和实证。
先贤们几千年积攒下来的思想成果滋养了我们的智慧,他们点亮了一个又一个灯塔,指引着人类的发展方向。没有人的观点全部正确,也没有人的观点一无是处。有些观点后来被事实证明是一个个错误,那也是他们在错误的地方树立起了一个个指引正确航道的航标灯。终极理论不会是一个全新的理论,它就藏在现有的理论之中,当我们以客观逻辑为工具,就能在错综复杂的观点中找出宇宙真实的脉络。
1.[美]约翰·格里宾(John Gribbin):《寻找薛定谔的猫》,海南出版社,2009年2月第2版2.[奥]E·薛定谔(Erwin Schrdinger):《薛定谔讲演录》,北京大学出版社,2007年10月第1版。2013年10月第10次印刷3.[美]利昂·莱德曼(Leon Lederman),迪克·泰雷西(Dick Teresi):《上帝粒子》,上海科技教育出版社,2003年12月第1版4.[美]爱因斯坦(Albert.Einstein):《狭义与广义相对论浅说》,北京大学出版社,2006年1月第1版5.[[美]B·格林(Brian R Greene):《宇宙的琴弦》,湖南科学技术出版社,2007年4月第3版6.[中]赵凯华、钟锡华:《光学》(上册),北京大学出版社,1984年1月第1版,2011年10月第20次印刷,ISBN978-7-301-3/O.0257.[英]牛顿(Sir Isaac Newton):《自然哲学之数学原理》,北京大学出版社,2006年1月第1版,2014年4月第15次印刷8.[英]彼得·柯文尼(Peter Coveney),罗杰·海菲尔德(Roger Highfield):《时间之箭》,湖南科学技术出版社,2008年3月第2版第15次印刷9.[美]S·温伯格(Steven Weinberg):《终极理论之梦》,湖南科学技术出版社,2007年3月第2版第3次印刷10. [美]伦纳德·萨斯坎德(Leonard Susskind):《黑洞战争》,湖南科学技术出版社,2010年11月第1版第1次印刷11. [英]史蒂芬·霍金(Stephen William Hawking):《时间简史》,湖南科学技术出版社,2014年6月第1版第28次印刷12.[美]基普·S·索恩(Kip Stephen Thorne):《黑洞与时间弯曲》,湖南科学技术出版社,2010年第2版第10次印刷13.[美]卡洛林·皮特森(Carolyn Collins Petersen),约翰·布兰特(John C.Brandt):《从哈勃看宇宙》,海南出版社,2004年1月第1版14.[意]伽利略((Galileo Galilei)):《两大世界体系的对话》,北京大学出版社,2006年4月第1版,2013年2月第5次印刷15.曹天元,《上帝掷骰子吗?:量子物理史话》,北京联合出版公司出版。2013年9月第一版,2014年12月第七次印刷。16. [英]保罗·戴维斯(Paul Davies),朱利·安布朗(J.R.Brown),《原子中的幽灵》,湖南科学技术出版社。2018年1月第1版。17.[布鲁斯·罗森布鲁姆,弗雷德·库特纳,《量子之谜》,湖南科学技术出版社,2016年]
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