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標題: [Phys] 狹義相對論的危機
時間: 2009/06/13 Sat 14:26:09
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標題: [分享] 狹義相對論的危機
時間: 2009/06/13 Sat 09:46:44
作者: zmcse (zmcse) 看板: AAAAAAAA
標題: [分享] 狹義相對論的危機
時間: Tue Apr 28 00:07:06 2009
如同許多量子效應一樣，纏結這種現象牴觸了我們對世界最根本的直覺，也
可能危及愛因斯坦的狹義相對論。
撰文╱艾伯特（David Z Albert）、加千（Rivka Galchen）
翻譯／張明哲
重點提要
■子力學透過「纏結」的性質，使兩個粒子不需中介就可互相同步，展現
出超距作用。這是一種「非局部效應」。
■相對論也造成了嚴重的問題，物理學的根本為之動搖。
如果要移動一顆石頭，根據直覺，就是得去推它，或是拿一根棍子去碰觸它
，或是下達指令，透過空氣振盪傳播到某個人的耳朵，叫他手持棍子去戳石
頭，或是其他類似的辦法；更直截了當地說，這直覺意味著東西要緊靠在一
起，才能發生直接影響。如果A不在B旁邊，但卻能影響它，那效應一定不是
直接的，而是以一連串事件做連結，每個事件直接影響下一個，經由一段距
離依序從A傳到B。每當我們以為找到了違反這項直覺的例外，結果總會發現
並非如此，例如，扳開開關點亮城市裡的街燈（但仔細一想這是透過電線傳
遞的），或是聽BBC的廣播（但我們接著會想到這是透過空中的無線電波）
。至少，在日常生活經驗裡，我們是找不到的。
我們把這種直覺的想法稱為「局部性」（locality）。
量子力學顛覆了許多直覺，但沒有一個比推翻局部性來得更意義深遠。而且
它為狹義相對論（21世紀物理學的基石之一）帶來的危機，迄今未能解決。
量子力學挑戰直覺
回溯至量子力學發展之前，以及用科學來探索自然之初，學者相信，理論上
這個物理世界可以藉著世界最小、最基本的物理元素，得到完整的描述。也
就是說，把所有物理元素的小故事集合起來，就可以完整表達出這個世界的
故事。
但是量子力學違反了這個信念。粒子集合體所表現出的真實、可測量的物理
特徵，有可能並非個別粒子特徵的總和，甚至毫無關聯。例如，根據量子力
學，我們可以讓一對粒子相距恰好兩公尺，但是兩個粒子各自卻都沒有確切
的位置。除此之外，「哥本哈根詮釋」這個理解量子物理的標準方法（於20
世紀初經由偉大的丹麥物理學家波耳加以宣揚，而後一代一代傳授下去）堅
持，並不是我們不知道個別粒子的準確位置，而是這個答案根本就不存在。
詢問單一粒子的個別位置，就像詢問數字5的婚姻狀況一樣，是一個毫無意
義的問題。這不是知識論（我們知道什麼）的問題，而是本體論（它是什麼
）的問題。
物理學家說，以這種方式連結起來的粒子，會形成量子纏結。受纏結的性質
可以不是位置：兩個粒子可以用相反的方向自旋，但沒辦法確定何者為順時
針；或是確定有一個粒子處於激發態，但沒辦法知道是哪一個。粒子的纏結
和它們各自的位置、身份以及彼此的作用力無關，原則上，它們大可以是星
系兩端的電子與中子。因此，纏結讓物質以一種過去想像不到的方式產生密
切關聯。
量子計算與量子密碼學是一種嶄新且潛力無窮的技術，而纏結則是幕後的推
手。它們可以解決一些一般電腦實際上解決不了的問題，並且提供不會被竊
聽、絕對安全的訊息傳遞方式（參見2005年2月號〈量子傳訊，絕對機密〉
與2008年9月號〈用離子做量子計算〉）。
然而，纏結似乎也造成一種極度詭異、強烈違反直覺的「非局部性」現象：
不需觸碰（或觸碰連鎖動作的其中一步）就可能在物理上對某物造成影響。
非局部性意味著在美國愛荷華州打出一拳，可以打落在德州的人的牙齒，完
全不需透過中間各州任何物體的協助，不需動到一顆氣體分子、電線裡的一
顆電子或一束閃光。
除了這奇怪無比的特性，非局部性最令人擔心的是它對我們所知的相對論造
成嚴重威脅。這個老問題在過去幾年終於得以進入物理研究的殿堂，並成為
辯論重心，它或許終將使物理學的根基為之解體、扭曲、重塑、強化甚至崩
壞。
實相的根本變革
愛因斯坦對量子力學有許多憂慮，對其機率本質的擔憂（他的名言：「上帝
不玩骰子」）只是其中之一。但是唯一讓他願意花時間寫篇論文正式表述反
對意見的，和量子纏結的奇特性質有關，這個反對意見是EPR論證（以愛因
斯坦和同事波多斯基以及羅森三位作者的姓式縮寫來命名）的核心（參見42
頁〈EPR想像實驗〉）。在他們1935年的論文〈量子力學對物理實在性的描
述是完備的嗎？〉中，他們的論證嚴謹地回答「不」。
他們的關鍵論證運用到量子力學（或其數學算則）裡的一項特性來預測實驗
結果。假設我們要測定一個粒子的位置，而它與另一個粒子有量子纏結，如
前所述，它們個別都不會有準確的位置。但當我們得知測量結果後，因為知
道了第一個粒子的位置，所以對它的描述自然會改變。然而算則告訴我們，
對第二個粒子的描述也得瞬間改變，不管它的距離有多遠，或兩個粒子間是
否隔著其他東西。
【欲閱讀更豐富內容，請參閱科學人2009年第86期4月號】
http://sa.ylib.com/read/readshow.asp?FDocNo=1359&CL=4
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□ 本文章由 uefang 在 2009/06/13 Sat 14:32:24 修改
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