天氣觀察:冬季,光輝文明的起源
大氣時間走到了台灣真正冬季,
冬季是四季的最後一個季節,雖不是多數人們喜歡的季節,但卻是最重要的季節;
冰天雪地的寒冬裡,是考驗萬物的季節,
撐不過冬季,就見不著明年的春陽,
於是已知用火,逼出人類文明的發展;
時至今日,探索膨脹宇宙,冬季,是科技的季節。
2022年10月4日瑞典皇家科學院宣布,
將2022年諾貝爾物理學獎授予法國物理學家阿蘭·阿斯佩(Alain Aspect)、
美國理論和實驗物理學家約翰·克勞澤(John F. Clauser) 和
奧地利物理學家安東·塞林格(Anton Zeilinger),
以表彰他們為糾纏光子實驗、
證明違反貝爾不等式和開創性的量子信息科學所作出的貢獻。
貝爾不等式 |Pxz-Pzy| <= 1+Pxy
3維空間取x,y,z三方向,一個母粒子分成A、B兩個粒子,A,B兩個粒子自旋方向相反,
Pxy:觀測A粒子在x方向和B粒子在y方向自旋同向的相關性(大數統計時亦或認為是概率)
Pxz:觀測A粒子在x方向和B粒子在z方向自旋同向的相關性
Pzy:觀測A粒子在z方向和B粒子在y方向自旋同向的相關性
統計每次觀測A粒子在x方向和B粒子在y方向都是正負同向,那麼相關性Pxy=100%=1
統計每次觀測A粒子在x方向和B粒子在y方向都是正負反向,那麼相關性Pxy=(-100%)=(-1)
在經典力學的概率統計中,貝爾不等式必嚴格成立:
如觀測A粒子每次行經正x方向,B粒子行經負y方向,則Pxy=-1,Pxz=0,Pzy=0
如觀測A粒子每次行經正x方向,B粒子行經正z方向,則Pxy=0,Pxz=1,Pzy=0
如觀測A粒子每次行經正z方向,B粒子行經負y方向,則Pxy=0,Pxz=0,Pzy=-1
然而,
在量子理論中,A、B粒子之間有量子糾纏現象,貝爾不等式未必成立;
因此,透過實驗驗證貝爾不等式是否成立,藉此驗證量子理論是否正確。
在A,B兩粒子行經路徑上加上過濾片,隨機調整過濾片角度,
在終端觀測A,B兩粒子自旋方向:
如果A,B兩粒子的自旋方向是一開始就決定好的-定域實在理論,再隨機調整過濾片角度,
則統計A,B兩粒子在終端呈現的概率與過濾片角度的關係 => 呈現"線性",
換句話說,就會存在"局域隱變數",使得 相關性概率 = (局域隱變數) * 過濾片角度;
但,
如果A,B兩粒子的自旋方向並非一開始就決定好的,
那麼終端A,B兩粒子自旋方向呈現的結果就是"機率",
換句話說,概率與過濾片角度的關係 => 呈現"曲線"。
而量子機率論正是認為A,B兩粒子在未觀測前呈現波函數疊加狀態,
一旦其中一個粒子被觀測,量子糾纏現象會令另一個粒子的波函數同步崩潰。
總結,貝爾不等式 |Pxz-Pzy| <= 1+Pxy
如果 相關性概率P 與 過濾片角度 呈現線性關係,則貝爾不等式嚴格成立,
如果 相關性概率P 與 過濾片角度 呈現波函數疊加,則貝爾不等式未必成立。
2016年開始的大貝爾實驗公布於2018年公布結果,
利用超過10萬人的自由意志產生的隨機數進行了量子非定域性檢驗,
大部分實驗結果強有力地證明愛因斯坦的定域實在論是錯的 ,量子機率論是對的。
從量子理論放大到看未來一週天氣,由於直到觀測前,一切都是未定機率論,
因此只能藉由現今的大氣條件以及之後的隨機改變,來預測最終當天的情形。
現今的大氣條件:1040百帕以上蒙古冷高壓控場東亞
之後的隨機改變:中亞脊東移有利東亞大槽趨向活躍
因此,
模式預報,蒙古冷高壓持續控場東亞,
一波接一波冷高壓南下,與春季不同,
冬季冷高壓出海往往是因為有下一個冷高壓南下,
因此,東北季風持續吹,東北部日夜永恆的地形雨。
預測未來一週蠻符合正常冬季天氣型態。
(簡單說說唷)
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