粒子的相干与纠缠原理

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相干纠缠epr实验不确定性原理贝尔不等式杂谈 |
分类: 自然机制与物理模型 |
(摘自《系统相对论》第二版第三章4.2节,详见:http://blog.sina.com.cn/s/blog_66f61d9f01018uet.html)
根据本章2.2节的场域原理,在地表环境中,各种粒子和物体都存在与外界环境场相对应的场域。以光子为例,光子周围粒子的场域半径用r1表示,光子与周围粒子的间距用a表示,光子的场域半径为rb,光子与周围粒子的关系如图3-9所示,对周围粒子定义如下:
无关粒子:a > rb + r1
相关粒子:∣rb - r1∣< a ≤rb + r1
包含粒子: a ≤ rb - r1 (2r1< rb)
无关粒子与光子的场域相互分离,它们之间不存在直接相互作用,这种关系称作无关;相关粒子与光子存在共同场域边界,即作用面,它们之间存在相互作用,这种关系称作相关或相干。包含粒子的场域完全包含在光子场域内,它只与该光子存在相互作用,这种关系称作全相关或全相干。
5.1 纠缠态
对于存在相干性的两个粒子,在量子理论中通常称它们处于纠缠态。由于粒子的场函数是时间上的常数函数,对处于纠缠态的粒子场的描述通常用粒子间的相对相位(即相位差)△Ψ来表示。在处于稳定纠缠态的粒子系统中,相邻粒子间存在稳定的相位关系。
在EPR实验中,由一个粒子“分裂”成的两个粒子(实际上,这两个粒子并非是分裂而来),当间距小于它们场域半径之和时,两粒子间存在相干作用,这时它们处于纠缠态;当间距大于它们场域半径和时,两粒子不再纠缠,如果不考虑周围粒子的影响,这时两粒子都具有相关的确定的运动状态。
但在实际环境中,不再纠缠的两粒子均存在与其周围环境中粒子的随机相干作用,由于我们无法观测和计算所有这些随机相干作用的后果(量子理论将其归结为一个原理----不确定性原理),而只观察到它们的运动状态变得不确定的结果。因此贝尔不等式的判决检验----EPR实验的结论值得商榷。
如果想验证贝尔不等式,用光子作为检验物是不可行的。因为检验物运动路径上的各种光子是无法清除干净的,况且发射装置和检测装置本身对检验物的运动状态也存在重大影响(这就是所谓的一个量子原理----“观测系统必然改变其过程的原理”[2])。一个可行的实验方案是选择较重的粒子(如质子或中子),这样可以有效降低外界和观测系统对实验结果的干扰。