量子糾纏原理(假說)

簡單不俏皮的直敘故事原理:

量子糾纏就是: 來自一個系統的粒子, (或原來是一個系統的物質), 具備本質的相連性. (一致性, 相關性, 就像兄弟姊妹的血緣, 一種抽象的物本DNA.) 這是一種抽象的, 超越(時空)的相連. 當外界以某種角度(測量基底, 包括儀器, 五感, 是特殊測量基底.)觀察時, 系統的相連性便以某種表象呈現(如旋轉, 顏色, 振動, 包括色荷, 電荷, 奇異性.) 而這時, 相連的臍帶也同時被切斷, 打破.

愛因斯坦就是不相信物質會有這種超越時空的相連. 波爾和薛丁格等量子大師也不敢相信. 這是一種宇宙的哲學觀, 一種物本質的假設. 受古典物理制約, 不敢跨出. 不敢做這種超越時空的假設: 物本DNA包括隨機性也相連, 測量前, 觀察前, 呈象前, 是完全相連一體, 有一個抽象本軸存在. 哲學家稱為物自性, 這裡可以稱為系統自性, 這是一種包括量子本質的自性.

如此想來, 這個假設, 是站在前輩的肩膀上, 擺脫古典制約, 以量子力學為基礎, 才敢做出的假設. 弦論的弦震盪, 也是超越時空性, 不在時空上震盪, 是在時空存在之前. 物本相連的超時空性, 也是前於時空. 「時空」已經是某種測量基底, 某種角度, 某種具象觀察, 某種假設.

量子糾纏與物本性

科學的量子糾纏原理與哲學的物本性, 是20世紀最難搞懂的兩項思想. 以下用一個小故事來解說~

通常「顏色」不是很好的量子糾纏的例子, 因為顏色先決, 不可變, 正好落入愛因斯坦所說的隱變數. 凡舉顏色的例子, 通常難逃EPR的魔掌, 落於EPR隱變數的荊棘中.

而, 即將說的這個小故事, 是可變顏色. 這故事能真正解說量子糾纏, 將糾纏的物本性說清楚講明白.

話說西元3018年3月, 在大嘴星系發現一顆行星, 非常特殊, 命名為大嘴三號. 智慧財歸屬發現者大嘴家族, 呵呵, 好大一筆智慧財產權喔. 而, 物質權屬全體公民所有.

這顆行星的特殊點在於, 星體渾然一體的類鑽石水晶結晶, 具極高黏滯流體性, 稱他液晶也不對, 量子凝態也不是. 物質成分不明, 應是純物質, 非混合物. 可能是第八種物質態. 自旋量, 電荷, 色荷, 奇異性等訊息, 還不清楚. 所以稱他是類鑽石水晶結晶, 主要是他呈現的色澤: 七彩, 從不同角度, 能看到不同的色彩組合模式, 很複雜. 極堅硬, 難開採.

經過大嘴家族的科學家初步研究發現, 色澤呈現的方式, 是與星體的物本性高度相關. 他有八個自由轉軸, 存在八維空間, 屬八維物質. 因此, 色彩組合模式需用八維數學投影至四維空間的算符來分析.

家族的工程師發明一種高科技光學鋤頭, 是為開採利器. 一鋤下去, 角度正確方位正確時(不正確, 做白工), 不必太大力道(能量), 就能採礦. 而且採礦時的裂解方式似乎是天然的, 固定的. 固定的角度, 固定的切邊, 固定的體積質量, 固定的形狀. 似乎是本然存在的狀態. 更奇特的是, 需使用固定的開採能量(倍數). 開採下來的礦石以離散統的質量方式(也就是量子化形式)呈現, 大嘴家族訂定特殊的大嘴三號質量單位: 亨利. 1亨利=3.1415926 x 10^-24公克, 64進位, 64亨利=1貞元. (以後採用亨利貞元質量系統, 需支付著作權費予大嘴家族.)

開採出來的礦石, 送至各大銀河系供科學家研究. 因為此星的特殊性, 所以研究者眾, 蔚為一時風潮.

科學家們陸續發現, 礦石的轉軸方向(八自由軸), 全宇宙統一, 都跟原大嘴三號同向. 不論你遠在幾萬光年, 甚至千萬光年. 也就是說, 所有大嘴三號分離出來的礦石子孫, 軸向高度糾纏, 色彩只是他的表象之一. 隨著大嘴三號旋轉, 似乎有個隨機的物本向位, 卻是完全一致. 所有的色彩組合, 都由這個八維向位投影出來, 然後依觀察者的觀察座標(基底), 呈現色澤模態. 動態式, 非常美麗, 似乎傳達某種物本訊息, 目前科學家正努力研究(解碼訊息).

在半人馬座的五極行星和地球的科學家, 因使用不同的儀器, 不同的測量方式, 不同的座標基底, 所觀察到的呈象, 完全不同. 雖然物本質是一樣的, 根本性質一樣, 八維向位態一樣, 透過不同的基底投影出來的四維空間呈象, 完全不同. 在四維空間, 可能很難發覺相關性. 因此科學家們在同步同調上, 花了很多溝通工夫.

3018年10月, 牙虎家族在牙虎星系發現一顆極類似的行星, 命名為牙虎七號. 智慧財當然歸屬發現者牙虎家族. 星體也是一種渾然一體的類鑽石結晶, 色澤比大嘴三號更複雜多樣. 牙虎家族的科學家認為是第八物質態的變異種. 初步發現, 他有十二個自由轉軸, 存在十二維空間, 屬十二維物質. 色彩組合模式需用十二維數學投影至四維空間的算符來運算.

奇妙的是, 其中只有五維空間與大嘴三號重疊, 包括我們的四維. 也就是說大嘴三號有其他不同的三維空間, 牙虎七號有其他不同的七維空間. 因此, 第五維空間的智慧財歸屬於全體, 是公眾的. 大嘴家族保留其他三維空間的智慧財, 而牙虎家族擁有其他七維空間和牙虎七號的智慧財, 牙虎七號物質權屬全體公民所有. 想想, 七維空間的智慧財有多大呀.

全體科學家們投入研究第五共同維的共同性, 以及研究另三維與七維的差異性. 令科學家們很興奮.

牙虎家族的工程師仿照大嘴家族發明另一種光學鋤頭來開採牙虎七號. 同樣的發現, 礦石是一種離散統, 基本質量單位為4.7123889 x 10^-36公克, 牙虎家族為牙虎七號訂定另外的質量系統, 採24進位制, 稱為歸復命根質量系統.

3019年5月, 谷歌家族也發現一顆極類似的渾然一體行星, 命名為谷歌十一號. 這是個九維空間的物質. 除了五維空間重疊外, 其中還有一維與大嘴三號重疊, 一維與牙虎七號重疊, 這兩維空間的智慧財又歸屬於全體, 是公眾的. 谷歌家族擁有其餘二維空間的智慧財.

在這一年, 科學家發現, 大嘴三號, 牙虎七號, 和谷歌十一號的軸向位態, 有相干糾纏. 八維大嘴三號, 和十二維牙虎七號, 在五維空間相干; 和九維谷歌十一號在六維空間相干. 十二維牙虎七號和九維谷歌十一號也在六維(另一維)空間相干. 這是一個大發現.

科學家做了一個大膽假設: 物本體在高維空間存有, 具體落實(成形)前, 是高度相干. 雖然分散各處, 因原本來自一, 故仍高度相干. 我們在四維空間使用不同的儀器, 不同的測量方式, 不同的座標基底, (當然包括不同的五感), 所觀察到的落實呈象, 當然完全不同.

EPR大論戰: 量子力學家對EPR的回應

在EPR的假想陳述中, 以古典物理思維來說, 完全無懈可擊. 在兩粒子系統中,「我們可以獲得粒子精確的位置和動量」. 這結論直接違反測不準原理, 挑戰量子力學的根本, 量子力學家如何應對呢? 這裡牽涉到雙方對宇宙本質的基本信念與認知的差異. 回顧這段精彩的科學哲學論戰, 對於我們對宇宙本質的理解, 非常有幫助.

EPR論文開頭便直指宇宙的客觀實在:「任何有意義的物理理論, 必須能夠區分: 獨立於任何理論之外的客觀實在, 與理論中所使用的物理觀念.」, 這句話在科學哲學上, 是何等分量!「任何真實存在的東西, 在一個完整的物理理論中, 都必需有其對應元素.」針對這兩句鏗鏘有力的論述, 量子力學家真是疲於奔命. (作者認為EPR這兩句話, 真是千斤之重, 有非常正面的價值, 並且在日後(21世紀)指引量子力學回答此兩句話, 以解釋量子的本質. 這是後話.)

玻爾也非省油的燈, 當時即指出EPR以古典物理思維提出關於「物理實在」的觀念模糊不清,「不以任何方式擾動該系統」這句話的陳述, 含意不明. 量子力學家承此, 以操作型定義, 明白指出量子思維考慮的是系統條件態. 系統條件態是一種科學哲學, 先簡單的說明. EPR認定「兩粒子系統中, 兩個粒子有絕對相關的位置和絕對相關的動量, 並且預設可以同時精確測量.」玻爾直指這個假設就是錯的. 這跟「單一粒子有絕對的位置和絕對的動量, 並且可以同時精確測量.」的陳述同出一個思考模式. 對於單一粒子, 先測量位置, 再測量動量; 與兩粒子系統, 先測量A的位置, 再測量B的動量, 是同一回事. (哇~ 這兒, 要對玻爾提出敬意~ 他對量子力學的科學哲學, 了解深刻呀, 不輸愛因斯坦. 要知道, 當他提出這個見解時, 科學界還不了解量子糾纏.)

但是, 這怎麼說得通呢? 對於單一粒子, 測量了位置, 就會擾動該粒子的動量. 而對於兩粒子系統, 測量A的位置, 並不會擾動B的動量呀? 這就是EPR的見解, 不過錯就錯在這裡. 引用大衛玻姆的話說, 只要兩個實體結合起來, 形成一個獨立系統, 這個結合就是不可切割/分解的. 古典思維認為, 每個過程都可以無限分解成確定時空域內的各個部份的處理方法失效了. 對於兩粒子系統, 測量A的位置, 會擾動A的動量, 也同時會擾動B的動量, 這就是量子力學所謂系統條件態的觀念, 呵呵, 這裡隱藏著非局域性影響. (這兒, 同樣要對玻姆敬佩, 他的這番陳述, 引出了量子糾纏這塊領域.)

[深度討論] 依據操作定義, 一個粒子的條件態, 完全陳述粒子的製備和過程的細節. 用科學哲學的話說, 系統的條件態, 使我們選擇並決定(觀察者選擇)對這個系統實施測量時, 所能得到的結果. 哲學的話很拗口難懂, 白話的說, 選擇了製備/觀察方法, 也就決定所能得到的結果, 結果是由製備/觀察方法決定. 如果我們製備一組處於相同態/相關態的粒子, 這個態有著精確的位置(它不能同時有著精確的動量), 但是如果我們不測量位置, 而是選擇測量動量, 那麼我們就會得到一串不同的數據. 相反的情形, 如果我們製備的是一組有著精確動量的粒子, 當我們選擇測量位置, 我們的結果便遵守不確定原理, 會得到不同的位置數據. 對於這兩種不同態的系統, 我們不能把它們綜合在一起, 要求它同時有著精確的位置和動量. 不過這個系統態的選擇(觀察者選擇), 可以是一個延遲選擇(也就是說我們可以延遲選擇位置或者動量). 這個兩種態的糾結系統, 而可以延遲選擇的現象, 我們稱為量子糾纏, 它是一種非局域性的糾纏. 也就是說, 當兩粒子系統產生時, 例如電子和正子, 它們的位置和動量, 是共軛物理量, 需遵守不確定原理. 但這個不確定性, 卻可以在兩粒子相距遙遠進行測量時, 才發生. 這個因延遲選擇而產生非局域現象, 很玄奇, 是量子系統的特性, 也就是這個緣故, 以古典物理思維的認知, 實在無法想像, 愛因斯坦完全不買帳. (就連玻爾當時, 也並不完全清楚, 因此在辯論時, 似乎落了下風.) 後面看量子糾纏怎麼說.

後話: 因此EPR推論的錯誤, 在於基本信念與認知上的錯誤. 古典物理所認識的宇宙, 常識的宇宙, 在量子力學世界中, 並不正確. 波粒二象性和延遲選擇, 我們已經見識過了, 量子糾纏是其中之最. 而將位置與動量這種物質屬性, 認為是客觀實在, 是物質本性, 是認知上的根本錯誤. 物態的客觀實在/物質本性, 在下一篇文章中, 有精彩解說.