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“波函数崩溃”可以用来发送信息吗?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-03-11 11:27:30

简短的回答:没有。

更长的回答:绝对不是。

非常冗长的回答:让我先简单解释一下什么是波函数坍缩。我们有一个量子系统。它有一个数学运算符的特性,我们可以用它来推导概率密度,与我们尚未执行的测量的各种可能结果相关联。我们允许量子系统朝着它与测量仪器相互作用的那一刻进化:一个经典的仪器,它提供了一个经典定义的有关性质的读数。

在这一点上,我们拿起哈利波特的魔杖,执行以下魔法(至少在量子力学的传统、规范、哥本哈根解释中是这样):我们追溯(!)抛弃我们之前对系统的描述。我们用一种描述代替它,在这种描述中测量设备一直存在,将量子系统限制在一个经典态(所谓的本征态)。这种从一种对系统的描述到另一种描述的变化,不同的对系统的描述并不是由任何量子力学方程规定的。相反,它是神奇思维的结果。通过给它起一些稀奇古怪的名字,比如“波函数崩溃”,或者更令人印象深刻的“波函数的非幺正演化”,它获得了合法性。

如果波函数在测量的结果中以这种方式改变,它当然可以用来发送信息。我的意思是,通过测量的行为,我们改变了可以被观察到的东西,原则上,不仅仅是在宇宙的任何地方,而是在宇宙的任何时间(因此我上面说的变化是追溯的)。所以我们可以比光更快地发送信息,我们可以把信息发送回过去,只要你喜欢。

但是,如果我从科幻小说的领域回到现实世界,看看这些方程实际上说明了什么,一个相当不同的画面浮现出来。所谓量子系统的拉格朗日描述是建立在知道其初始态和最终态的基础上的;这些方程告诉我们系统在这两种状态之间是如何发展的。这种方法比量子物理学早了好几十年:现代形式的拉格朗日物理学出现在19世纪。为什么我们可以用拉格朗日方法预测未来(而不是简单的描述一个系统达到预定的未来状态)是因为它很容易变成了所谓的哈密顿表示,这反过来,告诉我们系统的未来状态的基础上更详细的知识的现状。

这种关于当前状态的(经典)知识在量子力学中是无法获得的。所以哈密顿的表示方法只提供了概率,而不是确定性。但拉格朗日表示就不是这样了。了解系统的初始状态和最终状态仍然可以让我们确定系统在这两者之间是如何进化的。

这告诉我们,如果我们相信数学,量子力学是非局部的:系统的实际(酉的,没有波函数崩溃)进化部分是由它未来与测量设备的相互作用决定的。这听起来像是关于未来的知识。然而,正是因为系统的初始状态是不可接近的,量子系统对未来的这种认识并不意味着现在的任何知识将被经典地利用,因果关系被充分地保存下来。

这就引出了我前面给出的简短答案:不,波函数折叠不是一个物理过程,可以用来交流信息。虽然使用相关量子粒子和波函数坍落作为发送信息的手段已经变成了深受喜爱的科幻小说的比喻,但事实上,在维持因果关系方面,大自然是非常严格的。这也是一件好事,否则我们会发现自己置身于一个超现实的、冷酷不可预测的宇宙中,在这个宇宙中,现在可能会影响过去,结果可能会先于原因。
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