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中觀佛教和量子力學:對話的開始(維克多·曼斯菲爾德)▪P3

  ..續本文上一頁立和獨立存在的無所不在的信念稱之爲個別論,他確信這是我們在量子力學上遇到的許多困難的根源。他特別有效地指出,量子客體之間基本的聯系性,以及要達到對量子力學的正確理解必須抛棄個別論。DHoward1985年的論文也包含了類似的觀點。

  我認爲,彼此之間獨立存在的觀念,——Howard稱之爲愛因斯坦的分離性、Teller稱之爲個別論,——以及完備性的觀念,在中觀宗確定的內在存在中都是基本的成分。內在存在及其否定是比科學哲學所關注的更加寬廣的一組問題。但是在現代科學哲學家和中觀宗行者共同關注的領域中,他們所討論的完全是同一個問題,不管你稱之爲內在的存在、分離性、完備性或者個別論。以下兩節討論實驗和量子力學是如何否定內在存在的。

  四、相關性實驗

  〖CR003,X,BP#〗本節包含一個有關檢驗量子力學概念基礎實驗的非技術的討論。雖然描述是經過調整的,但它忠于實驗的物理學精神。感謝David Mermin,我們可以不受物理學和數學的技術限製而嚴格地表述貝爾不等式的哲學精神。在本節及下節中,我把他的著作中的內容抽提出來並予以擴展。

  這個實驗包含了叁個主要成分。圖1顯示一個産生相關光子對的光子源置于在兩個同樣的偏振檢測器中間,成一直線。(相關意味著什麼下面就清楚了。現在我們可以說一開始在一起的光子之間即使在分開之後也能保持某種確定的關系。)相關光子對同時由光子源發射,每一個朝向一個偏振檢測器。

  貝爾分析的一個魅力是,它不需要描述或理解偏振性或檢測器的物理性質。關于實驗裝置,我們所需要知道的是,每一次光子進入檢測器都會記錄下+或-。雖然如此,如果知道這點就會更好:即每一個檢測器象偏振太陽鏡一樣作用,只會透過落到其上的某些光線。如果光子通過,檢測器記錄+,要是沒通過,就記錄-。正如偏振太陽鏡一樣,偏振檢測器的效果隨其圍繞光子運行的路線旋轉而改變。每一個檢測器可以在A、B、C位置之間迅速切換,從光子源看過去方向依次相差120度。(見圖1)一次只能有一個切換。任何一次切換每一個光子落在檢測器上都只能記錄+或-。

  實驗以下述方式進行:相關光子對同時送往每一個檢測器。在光子達到檢測器之前每一個旋鈕獨立地和隨機地重新調整。每一個偏振檢測器獨立和隨機地調整意味著9種可能的組合將會平等地發生。它們分別是A-A、A-B、A-C、B-A、B-B、B-C、C-A、C-B、C-C,其中第一個字母代表左邊檢測器的旋鈕,第二個字母代表右邊的旋鈕(例如B-C表示左邊檢測器定于B,而右邊檢測器定于C)。數量極多的光子對送往檢測器,反應被記錄下來。任何一次我們只可以測量到如下的檢測器反應:++、+-、-+、和--;其中例如+-意味著左邊光子通過了檢測器而右邊則沒通過。這些就是實驗的主要思想。

  與實際的實驗一致,把距離和旋鈕確定的准確時間安排成在旋鈕確定之後,信號以光速運行傳播也無法從左邊檢測器在右邊被檢測之前到達檢測器。既然光速被假定爲任何影響或信息傳播速度的上限,這就保證了在不同檢測器上旋鈕確定和測量之間不可能存在通訊,一個檢測器的旋鈕確定和測量不會對另一個檢測器旋鈕確定和測量産生影響。例如,假設檢測器相距一光年之遙,檢測器重新隨機確定1秒之後進行測量。檢測器重新確定在一邊,測量的事件發生在另一邊,依照相對論在四維時空中具有類空(space-like)分離性,在類空分離的事件之間通訊行爲不可能發生。假定光速是物質作用或通訊傳播速度的上限,這是對局域隱變量理論和量子力學同樣適用的普遍假定。這得到了理論和實驗的壓倒性支持。正如下面將清楚顯示的那樣,排除兩次測量或旋鈕確定之間的物理關聯或“共謀”的能力在解釋中是至關重要的。

  五、局域隱變量解釋:貝爾不等式

  局域隱變量理論在物理實在論中有其根源——對應于一個獨立于觀察者的世界,一個具有確定的、在測量之外完全可以說明的屬性的世界。這自然導致對于一個完備性理論的要求,即一個系統所有可以測量的屬性在獨立于測量的理論中可以得到完全的說明。或者用EPR的使用可以保證系統的屬性獨立于類空分離事件的局域性原則,來建立物理實在的要素。

  在眼下的事例中,完備性和局域性允許我們假定偏振性(它決定一個光子是否可以通過特定位置上的檢測器,檢測器是否記錄+或-),對于光子是內在或固有的,是獨立于類空分離的旋鈕確定或事件的。換言之,我們是在體現愛因斯坦的要求“空間上有距離的事物之間的相互獨立存在。”在一邊的一個光子按假定具有一種確定的偏振性,它是先于並獨立于在另一邊的測量的。假定光子的這種內在屬性獨立于特定的旋鈕確定和遠處的測量結果,這自然得我們對此不加思考;但這種“起源于日常思維的”似乎清白無辜的假定,按照愛因斯坦的觀點,正是局域隱變量理論的核心。

  在附錄中,我提出了貝爾不等式的一個簡單形式的非技術的變種,它僅僅假定了局域性和相互獨立存在(確定的偏振性獨立于測量)。雖然這個變種是嚴格的,它只要求基本的高中數學。這種簡單形式的貝爾不等式預測至少1/3的光子應該記錄爲同樣的符號,如果在兩個檢測器中隨機設定的旋鈕是不同的話。測量的結果准確地顯示只有1/4的光子記錄了同樣的符號,當旋鈕不同的時候。

  但是我們如何來理解實驗對建立在這種似乎“不證自明”假定基礎上的不等式的破壞呢?作爲准備的嘗試,我們可能會說,當對相關光子對中第一個光子進行測量時,第二個光子迅速變爲相關的狀態,從而改正了統計結果(1/4)。但是在實驗中,時間的安排使得第二個光子的測量與第一個光子的測量之間具有一種類空的分離,因此有關什麼是“合適的相關狀態”的信息傳播一定比光速更快——這在任何人看來都是嚴重的問題。問題甚至更爲嚴重,因爲正如我在附錄中所顯示的那樣,假定局域性和獨立存在就蘊涵著第二個光子已經具有了完全確定的、與第一個光子同樣的偏振狀態。在這兩個假定下,光子不能只是簡單地象變色龍一樣在最後時刻改變其偏振狀態,從而改正統計結果。局域性或獨立存在(或者二者)在自然中一定遭到了破壞。

  在下一節中,我檢查更加精致的相關光子模型,但是結論仍然成立。在光子之間存在著神秘的關聯性或非局域性。它們的表現不象分離的實體而更象相互聯系的整體——但是我們在每一個檢測器上測量粒子般的實體。正如我在下一節中所強調的,我們本能地把光子實體化爲具有“相互間獨立存在的”完全確定的實體。這使得要從我們在如此徹底投入了獨立存在信念的世界的經驗中建立一個相關光子的模型根本不可能。雖然如此,在下一節中,我嘗試用空性的觀點來詳細闡明我們對這一神秘現象的理解。

  這裏必須強調兩點:首先,對貝爾不等式的否定並不依賴于量子理論,雖然對這種實驗的考慮當然是由量子理論的特殊性質所激發的。其次,這些結果並非局限于亞-微觀領域,因爲檢測器分離達13米之遠。這裏討論的量子效應通常並不在宏觀領域中出現,但是在原則上和在實際上,它們並非局限于微觀世界中。

  對于局域隱變量理論及其局域性和完備性的假定,量子客體獨立于類空分離的事件具有一個完全確定的性質,換句話說,它們內在地存在著。實驗對貝爾不等式的否定要求對這些假定放寬一個或全部放寬。正如我下面所強調的,放寬這些假定其中之一就是承認量子客體具有根本的相關性或相對的相關性——這是對它們空性或缺乏內在存在的斷言。

  六、比較與應用

  中觀宗和實驗對貝爾不等式的破壞二者,都向我們最珍視的實在性原則——獨立的或者內在的存在——提出了尖銳的挑戰。但是物理學只研究物質領域,而中觀則分析一切人類經驗;所以比較能走多遠呢?不僅如此,雖然局域隱變量理論及其完備性和局域性的假定是站不住腳的,但就實驗對貝爾不等式否定的後果並未達到完全的一致意見。對于量子力學的哲學意義也還有許多爭論。在我們對貝爾不等式破壞的理解這個階段上,以及我們目前對量子力學本身的理解水平,我們可以有理由肯定什麼呢?在本節中,我將部分地回答這些問題,強調這些事實依賴于我們目前對物理學的理解,開始將中觀的空性教義應用于對貝爾不等式和量子力學的解釋,並將其與由Paul Teller和其他人發展的量子力學的哲學結合在一起。

  在接下來的段落中,我只提供反對決定論的局域隱變量的例子,正如貝爾在他1964年的分析中所做的那樣。在這些理論中,假定光子離開光子源之後偏振性具有一種確定值。例如,附錄表1中第一列顯示光子8種可能的偏振性確定狀態,光子完全決定了檢測器對于一個給定的位置反應。在稍後的工作中,貝爾和其他人分析了更加普遍的局域隨機隱變量理論。這些同樣被實驗所排除的理論,只給出了檢測器反應的這樣的概率,它們依賴于光子和檢測器位置的一些更加普遍的狀態。光子不是被看作攜帶一種偏振性的確定狀態;所以我們將我們的注意力轉移到檢測器反應的概率上來。現在完備性和局域性的概念變得更加微妙了,但是感謝Jarret和Shimony,我們准確地知道在這些局域隨機隱變量理論中獨立性的假定如何進入了貝爾不等式。假定了叁種型式的獨立性:

  1, 一側檢測器反應的概率獨立于另一側開關的位置。

  2, 光子源發出的概率的統計混合獨立于兩側檢測器的開關位置。

  3, 一側檢測器反應的概率獨立于另一側檢測器的反應。

  分析顯示,局域性只要求第一種和第二種獨立性,這同樣也爲…

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