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1 # 九維空間
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2 # 董加耕
在相對論之前,人們認為超距作用不可思議,但除了“不可思議”外,再也找不到超距作用不合邏輯,不合情理的地方。在萬有引力,剛體運動等許多方面,人們使用著超距作用,沒有帶來任何矛盾。在相對論之後,有人認為,超距作用會導致因果關係反向,甚至說會導致時間倒流。但是,在量子糾纏現象中,兩個糾纏著的微觀粒子之間卻存在著超距作用,支援量子糾纏的人卻沒有解釋這會不會導致因果關係反向,時間倒流。
因果關係是怎麼來的?顯然是我們從大量的觀察實驗中總結出來的。例如,在量子糾纏現象中,把一對糾纏著的粒子分送兩地,然後,你觀測你這裡的這個粒子,使它由不確定狀態,由疊加態,坍縮為唯一的一個確定狀態,則另一個粒子的疊加態,即使沒有人觀測,也會坍縮為唯一的一個確定狀態。開始,我們可能會認為另一粒子疊加態的坍塌,是個偶然現象,但多次實驗,對多對糾纏著的粒子觀測,發現,只要你一觀測你這邊的這個粒子,另一地的粒子狀態也就會緊跟著坍塌,所以我們才會認為,你這邊的觀察也導致了另一地的疊加態發生了坍塌。也就是說,另一地的坍塌,其原因是我們找出來。任何事情,只要我們找到了這個事情發生的原因,不管這個原因是不是有點奇怪,如存在著超距作用,但我們找到的這個因果關係卻是明確確定的。
假設我們發現一個人返老還童了,我們會認為這違反了因果關係嗎?我想大多數人不會這麼想,我們會去尋找這個人返老還童的原因,也許,我們會發現,這個人喝了一種神奇的藥水。相對論告訴我們,也許這個人在超光速運動。當然,按照相對論,人是不可能超光速運動的,我們這裡僅是為了方便討論而這麼說。我們最後會說,這個人返老還童是有原因的,這個原因就是他喝了一種神奇的藥水,或者是他在進行超光速運動。超光速運動是這個人返老還童的原因,返老還童是超光速運動的結果,因果關係在這裡是明確確定的,因果關係在這裡沒有混亂,時間更沒有倒流。
狹義相對論不允許物體的運動速度超光速,是因為如果物體的運動速度接近光速,它的質量就會接近無窮大,要使它再加速,所需的能量也就會達到無窮大,所以,物體的運動速度不可能達到光速,更不可能超光速。
但為什麼許多人會認為,按照狹義相對論,超光速會引起因果關係的混亂?我認為,這是對狹義相對論的誤解。在狹義相對論中,按照洛淪茲變換關係,如果一個參照系相對於我們所在系的運動速度接近光速,則我們會看到,這個系中的過程,會變得非常緩慢,當這個系的運動速度為光速時,過程就會停止,超光速時,過程也許會反向進行,就像剛才所說的,當一個人超光速運動時,這個人就會返老還童一樣。但這能說明我們所在的參照系中,或那個超光速運動的參照系中,因果關係會混亂嗎?顯然,洛淪茲變換關係,是對兩個參照系進行比較,而不是對一個參照系內部的物理現象所作出的描述。在這兩個參照系各自的內部,因果關係仍然是我們透過觀察實驗總結出來的那個因果關係,這個因果關係是這個參照系內部的東西,與其它參照系無關。洛淪茲變換僅僅告訴我們,如果兩個參照系之間的相對速度超光速,則兩系總結出的因果關係可能不同,但洛淪茲變換並沒有說,在唯一的一個參照系內部進行觀察,如果觀察到一個物體的運動速度超光速,該系內部的因果關係就會混亂。
但狹義相對論確實告訴了我們一些以前並不知道的事情,它告訴我們,在我們所在的參照系內部,如果一個人超光速運動,這個人身上發生的過程會反向進行。這奇怪嗎?我看不出這有什麼奇怪的地方,只不過我們以前並不知道超光速運動也會使人返老還童,我們以前只知道如果一個人喝了一種神奇的藥水,這個人就會返老還童。因果關係在這裡是明確確定的,沒有混亂。超光速運動所導致的這個人的生理過程反向,與在有些化學反應中,改變反應物的濃度,反應也會反向進行一樣,我們並沒有認為反應反向進行了,時間就倒流了,因果關係就顛倒了。
順便販賣一下我對量子糾纏的看法。我認為,用量子糾纏中存在有超距作用,會導致因果關係反向來證明量子糾纏的荒謬,理由並不充分。但我認為,量子糾纏,實際上是無法觀測驗證的。我們怎麼才能知道另一地的那個粒子究竟有沒有因糾纏而由不確定的疊加態坍縮為確定的唯一態?你不去觀測它,你就無法知道它究竟有沒有坍縮,但若你去觀測,你又怎麼區分它的狀態坍縮,究竟是因糾纏引起,還是因你的觀測引起?
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經典力學理論是不一定要求是定域性的。
首先經典力學的“定域性”和相對論中的“定域性原理”有區別,區別主要在於是否受光速限制。
經典力學的定域性指的是一個“物體”只能被它周圍接觸的“物體”影響,物體直接接觸不用說,物體有距離的話可以透過“力場”來傳播,但是“力”必須沿著空間一個點接一個點花費時間地傳遞過來,這在經典力學中的剛體力學,流體力學等很多領域都是適用的。
但實際上經典力學在處理“遠距離相互作用”的時候,可以不用假設定域性的存在。例如牛頓處理萬有引力時,認為引力是遠距離物體之間跨越空間的瞬時相互作用,即引力不是定域性的。其實仔細想一下,“理想剛體”這個概念的本身也用到了非定域性,即乾脆認為剛體內部粒子之間的相互作用不需要時間。當然這跟現實情況是完全不符的。
而相對論中的“定域性原理”是光速不變原理的延伸,指的是一切影響,無論是直接接觸的力,還是跨越空間的力,還是其他任何影響,都必須服從光速不變原理,即都不可能超過光速。也就是說兩個物體之間相互影響的響應時間,一定大於它們之間的距離除以光速。萬有引力也必須如此。相對論也說明了即使在物體內部,粒子之間力的傳遞也是不能超過光速的,這也和現實情況相符。
量子力學的“非定域性”針對的是相對論的定域性。即粒子波函式可以遍佈空間分佈,而波函式的變化是整體變化(和理想剛體一樣),沒有波函式內部傳遞變化(因為已經是最小單元了),量子糾纏的非定域性來源於此。好在這個“整體變化”直接聯絡量子測量的隨機性,不能傳遞任何能量和訊號,因此保全了相對論。