处于量子纠缠态的粒子能不能传递能量?

处于量子纠缠态的粒子能不能传递能量?

量子纠缠态是不能传递信息的,更不必说能量了。纠缠态能够瞬时改变的是波函数的状态。这是两个概念。

比如,有两个处于纠缠态的粒子,一个在地球上,一个在天狼星上,两个粒子都可能自旋向上或者自旋向下,但出于某些原因,两个粒子的总自旋一定为0。如果我们通过测量发现地球上的那个粒子有向上的自旋,那么有些说法会说,这时候天狼星上的那个粒子的波函数瞬间从既可以向上又可以向下的状态变成了只能向下的状态。

这个过程叫作波函数的坍缩。

但是请千万注意,波函数本身并不能被直接测量(能被直接测量的是它的模平方),所以它并不直接对应一个物理实在。因此,它的坍缩并不是那种真有什么可观测物体“轰的一声垮掉”的过程。说得准确一点就是,这不会产生任何可观测的效应。不能产生可观测效应,这自然就不能传递信息,于是也不违背相对论的限制(信息传播速度不能超过光速)。

我们可以再说清楚一些。信息到底是什么?信息就是一种能够把一个大集合映射到一个小集合的有用的“知识”。比如,“物理所在保福寺桥”这句话就是信息,因为它把物理所从宇宙任何地方映射到了保福寺桥。再比如,“比赛赢了”也是信息,因为“输/赢”映射到了“赢”。

我们来看一下纠缠态为什么不能传递信息。比如,我坐在天狼星里,想知道奥运会中国赢没赢,我心想,这隔着几光年呢,只能用量子纠缠看转播了。我跟地球那边已经约定好,我测到自旋向上就表示赢了,自旋向下就表示输了。既然波函数是瞬时坍缩的,我测一下我的自旋不就立刻知道输赢了吗?但问题是,地球那边并不能调控自旋是向上还是向下。地球那边测到什么自旋是完全随机的,而且这个随机性是量子力学自带的,没有任何办法消除掉。所以,虽然有约在先,但地球那边并不能操纵自旋的观测结果,所以我在天狼星上测到的自旋朝向并不能缩小“输/赢”这个集合,没有任何信息,只能乖乖地等八九年后光线传过来了。

(最后再说一点,虽然波函数不对应真实物理,但纠缠效应是客观存在的。这个有贝尔不等式做证明。)

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