量子力学中的远距离作用（二）

4. 远距离行动、整体性和不可分离性

4.1 远距离动作

在正统量子力学以及任何其他当前假设非定域性（即遥远的、类似空间的分离系统之间的影响）的量子理论中，EPR/B 实验中的遥远测量事件之间的影响不会连续传播时空。它们似乎涉及远距离行动。然而，普遍的观点认为，这些影响是由于复合系统状态的某种类型的整体性和/或不可分离性造成的，这是处于纠缠态（如自旋单线态）的系统的特征，并且排除了非常重要的因素。远距离行动的可能性。远距离作用的典型例子是牛顿引力。这种力作用在相距一定（非消失）空间距离的不同物体之间，其影响是对称的（任何两个大质量物体相互影响）、瞬时的并且不会在空间中连续传播。人们经常声称或预设，这种远距离作用只能存在于非整体宇宙中具有独立状态的系统之间（即，复合系统的状态由其子系统的状态决定或随之而来）它们之间的时空关系），通常被用来表征经典领域。[9]

在4.2和4.3节中，我们将简要回顾一下整体论和不可分性的相关概念（更全面的回顾，请参见物理学中的整体论和不可分性条目和Healey 1991）。在第五节中，我们将讨论各种量子理论所描述的量子领域中整体论和不可分性的本质。基于此讨论，我们将考虑EPR/B实验中的非局部影响是否构成远距离作用。

4.2 整体论

在文献中，整体论有多种特征。关于量子非定域性的讨论经常集中在属性整体论上，其中物体的某些物理属性并不由其部分的物理属性决定。直观的想法是，整体（例如物理系统）的某些内在属性并不是由其部分的内在属性以及这些部分之间获得的时空关系决定的。这个想法可以用附带关系来表达。

财产整体论。一些对象具有内在的定性属性和/或关系，这些属性和/或关系并不影响其部分的内在定性属性和关系以及这些部分之间的时空关系。

很难对术语“内在定性属性”和“附带性”给出一般性的精确说明。直观地讲，一个对象的属性是内在的，只要该对象本身具有该属性，且与存在或存在无关。任何其他对象的状态。如果一个属性不依赖于任何特定对象的存在，那么它就是定性的（与个体相反）。物体 O 的内在定性属性取决于其各部分的内在定性属性和关系以及它们之间的时空关系，以防万一 O 的属性和关系没有变化，而其各部分的属性和关系没有变化。部分和/或它们之间的时空关系。 （要尝试分析“内在财产”一词，请参阅 Langton 和 Lewis 1998 以及有关内在与外在财产的条目。有关不同类型附带性的回顾，请参阅 Kim 1978、McLaughlin 1994 和有关条目附带性。）

Paul Teller (1989, p. 213) 提出了一个相关的整体论概念，“关系整体论”，其特征是违反以下条件：

特殊主义。世界是由个体组成的。所有个体都具有非关系属性，所有关系都伴随着相关者的非关系属性。

这里，Teller 所说的非关系属性是指内在属性（1986a，第 72 页）；通过“关系属性对相关属性的非关系属性的附带性”，他的意思是“如果两个对象 1 和 2 彼此之间存在关系 R，那么必然，如果另外两个对象 1 ' 和 2' 具有相同的非关系属性，那么 1' 和 2' 也将彼此具有相同的关系 R'（1989，第 213 页）。 Teller (1986b, pp. 425-7) 认为，物体之间的时空关系取决于物体的内在物理属性。因此，他并没有将时空关系纳入附带性基础之中。然而，这种观点是有争议的，因为许多人认为对象之间的时空关系既不是内在的，也不是这些对象的内在定性属性所伴随的。但是，如果这种附带性没有获得，经典物理学中的特殊论也将被违反，因此关系整体论将无法标记经典领域和量子领域之间的本质区别。然而，人们可以稍微修改泰勒对特殊主义的定义如下：

特殊主义*。 世界是由个体组成的。所有个体都具有非关系属性，所有关系都源于关系的非关系属性以及它们之间的时空关系。

在本条目接下来的内容中，我们所说的关系整体论是指对特殊主义*的违反。

4.3 不可分离性

与整体论一样，不可分离性也有多种概念。文献中最常见的概念是状态不可分离性，即违反以下条件：

状态可分离性。 每个系统都拥有一个单独的状态，该状态决定了其定性的内在属性，并且任何复合系统的状态完全由其子系统的单独状态决定。

“完全决定”一词含糊不清。但是，和以前一样，我们可以用附带关系来阐明它：状态可分离性仅在每个系统拥有一个单独的状态来决定其定性的内在属性和关系的情况下获得，并且任何复合系统的状态都附带于单独的状态其子系统。

不可分离性的另一个概念是时空不可分离性。受 Einstein (1948) 的启发，Howard (1989, pp. 225-6) 将时空不可分性描述为违反以下可分性条件：

时空可分离性。由非零时空间隔分隔开的任意两个时空区域的内容构成两个独立的物理系统。每个分离的时空区域都拥有自己独特的状态，任何两个分离的时空区域的联合状态完全由这些区域的分离状态决定。

希利提出的时空不可分性的另一个概念（参见物理学中的整体论和不可分性条目）是过程不可分性。它是违反以下条件：

过程可分离性。占据时空区域 R 的任何物理过程都取决于 R 中时空点的定性内在物理属性的分配。

5. 量子力学中的整体论、不可分性和远距离作用

所有假设非定域性的量子理论所描述的量子领域，即遥远的（类似空间的分离）系统之间的影响，涉及某种类型的不可分离性或整体论。在本节接下来的内容中，我们将考虑量子力学的各种解释所体现的不可分离性和整体论的本质。在此考虑的基础上，我们将解决这些解释是否预示着远距离作用的存在的问题。我们从所谓的“崩溃理论”开始。

5.1 崩溃理论

5.1.1 正统量子力学

在正统量子力学中，希尔伯特空间中的归一化向量表示物理系统的状态。当希尔伯特空间具有无限维时，状态向量可以用函数来表示，即所谓的“波函数”。在任何给定的基中，都有一个唯一的波函数与该基中的状态向量相对应。 （有关入门级审查数学形式主义的亮点和量子力学的基本原理，请参见《量子力学的条目》，Albert 1992，Hughes 1989，第一部分，参考文献；有关更高级的评论，请参见Bohm 1951和Bohm 1951和Redhead 1987，第1-2章和数学附录。）

例如，具有z旋“向上”的L粒子的状态（即，在z轴上旋转“向上”）可以用与L-相关的Hilbert空间中的向量| Z-Up表示粒子和具有z旋“向下”的L粒子的状态（即，在z轴上旋转”）可以用正交矢量表示，| z-down＞。粒子对可能处于一个状态，其中L颗粒和R粒子具有相反的旋转，例如，L-particle具有Z-Spin'Up'的状态|ψ1＞，并且R颗粒具有Z - 向下'或一个状态|ψ2＞，其中l颗粒具有z旋转''，而R颗粒具有z旋转的“向上”。在粒子对的希尔伯特空间中：|ψ1＞ = | z-t＞ l | z-down＞ r and |ψ2＞ = | z-down＞ l | z-z-up＞ r;下标L和R分别指与L-和R粒子相关的希尔伯特空间。但是粒子对也可能处于这些状态的叠加中，即是状态的状态|ψ1＞＞ and |ψ2＞，例如国家代表

|ψ3＞ = 1/√2（|ψ1＞ - |ψ2＞）= 1/√2（| z-t＞ l | z-down> r - | z-down＞ z-down＞ l | z-t＞ l | z-t＞ r）。

实际上，在旋转单线状态正是这种情况。在这种状态下，粒子以不可分割的状态纠缠（即，不能分解为L-和R颗粒的单独状态的乘积），其中（根据财产分配规则正统量子力学）颗粒不具有任何确定的Z旋（或在任何其他方向上的确定自旋）。因此，状态可分离性的条件失败了：粒子对的状态（确定其内在的定性特性）并非由粒子的单独状态（确定其内在的定性特性）完全确定。或更确切地说，这对的状态在颗粒的可分离状态上并不是极具意义的。特别是，粒子对的叠加状态分配了“相关”特性，该特性决定了（理想）z旋转测量结果的结果和r颗粒的结果是抗相关的，并且该相关性能是对粒子的任何可分离状态分配的特性并不具有极大的意义（有关更多详细信息，请参见Healey 1992，1994）。出于类似的原因，旋转的单线状态也涉及财产和关系整体主义。对于上述相关性能，粒子对也未能对粒子的内在定性特性和它们之间的时空关系进行监管。此外，导致每种测量结果的过程也是不可分离的，即过程可分离性失败（参见Healey 1994以及关于物理学的整体和不可分割性的入境）。

这种相关特性也对正统理论似乎在EPR/B实验中遥远的翅膀之间假设的距离的作用“负责”。回忆（第1节），爱因斯坦，波多尔斯基和罗森认为，这种奇怪的行为在远处反映了这种理论的不完整，而不是自然的状态。东正教理论不完整的EPR论点是有争议的。但是，正统的理论似乎是出于不同的原因是不完整的。该理论假定在非测量相互作用中，状态的演变遵守了一个线性和单一运动方程，即所谓的schrödinger方程（请参阅量子力学上的条目），根据该方程，EPR/B实验中的粒子对仍然处于纠缠状态。这种运动方程式还规定，在自旋测量中，测量设备的指针与粒子对纠缠在不可分割的状态下（根据理论的特性分配，请参见下文）颗粒旋转的不确定性是“传输”到指针的位置：在粒子对的纠缠状态和指针的纠缠状态下，指针缺乏任何确定的位置，与我们感知它的经验相矛盾，指向“上升”或“下降”。

以上问题（通常称为“测量问题”）在正统的无折叠量子力学中出现了两个功能，这些功能非常成功地解释了微观系统的行为：schrödinger方程和属性分配的量子态的线性动力学规则称为“特征态 - 元素链接”。可观察到的（请参阅量子力学上的条目，第4节）。微观系统可能处于自旋组件，能量，位置，动量以及其他物理可观察物的叠加状态。因此，微观系统可能处于无限期的z旋转状态，能量，位置，动量和各种数量的状态。问题在于，鉴于线性和统一的schrödinger动力学，这些无限量也是宏观领域的地方性。例如，在Z-Spin的测量中，在Z-Spin“ Up”和Z-Spin“向下叠加状态下的粒子上”中，设备指针的位置与粒子的无限Z-Spin纠缠在一起，因此将指针转换为无限期位置的状态，即指向“向上”并指向“向下”的叠加（参见Albert 1992，第4章，以及《崩溃理论》第3节的条目）。特别是，在EPR/B实验中，L测量导致L-Apparatus指针与粒子对纠缠，从而将其转变为无限期位置的状态：

|ψ4＞ = 1/√2（| z-t＞ l | z-down＞ r |上

其中| up＞ la和| down＞ la是L-Apparatus指针的状态，分别显示Z-Spin“ Up”和Z-Spin“ Down”的结果。由于上述不确定的类型在正统的无灾难量子力学中是一般性的，因此与我们的经验相矛盾，这种理论测量通常没有明确的结果。

为了解决这个问题，东正教理论假定在测量相互作用中，测量系统的纠缠状态和相应的测量设备不会根据Schrödinger方程而发展。相反，他们将“崩溃”进入产品（非输入）状态，其中所涉及的系统具有相关的确定属性。例如，EPR/B实验中粒子对的纠缠状态和L-Apparatus可能会崩溃到L-particer属于Z-Spin'Up的产品状态，R颗粒开始具有Z-Spin'Down'和L-Apparatus指针显示结果Z-Spin'Up'：

|ψ5＞ = | z-up＞ l | z-down＞ r | up＞ la。

问题在于，在东正教理论中，测量的概念以及状态崩溃的时间，持续时间和性质仍然完全未指定。正如约翰·贝尔（John Bell，1987b，p。205）所说，在该理论中的崩溃假设，即，假设在测量相互作用中，相关系统的纠缠状态不遵循schrödinger方程，而是经历崩溃不仅仅是“补充，不精确，口头，处方”。

考虑到我们在正统量子力学中感知确定的测量结果的经验的问题，是考虑到这一理论中宏观系统的经典行为的更一般问题的一个方面。

5.1.2降低国家向量的动态模型

开发了减少状态矢量的动力学模型，以说明状态崩溃作为真实的物理过程（有关崩溃模型和详细的参考列表的审查，请参见《崩溃理论》的条目）。崩溃模型的起源可追溯到Bohm和Bub的《隐藏变量理论》和Pearle（1976）的自发定位方法，但该程序已与Ghirardi，Rimini和Weber开发的更复杂的模型有关，该计划已获得至关重要的动力。 （另见Bell 1987a和Albert 1992）以及Pearle（1989）的随之而来的发展（另见Ghirardi，Pearle和Rimini 1990，以及Butterfield等，1993）。与正统倒塌量子力学类似，在GRW模型中，系统的量子机械状态（无论是由矢量还是波函数表达）提供了其内在特性和关系的完整规范。系统状态遵循Schrödinger方程，除了它具有自发崩溃的概率，而与是否测量了系统。崩溃的机会取决于纠缠系统的“大小” - 在较早的模型中，系统的“大小”是基于基本粒子的数量，而在后来的模型中，它是根据质量密度来测量的。无论如何，在微观系统中，例如EPR/B实验中的粒子对，崩溃的机会很小且可忽略不计 - 这种系统中自发状态崩溃的机会被煮熟，以便它平均发生。 ，每亿年左右。这意味着，EPR/B实验中粒子对的纠缠状态的机会将崩溃到来自源的发射和第一个测量之间的产物状态几乎为零。在较早的L测量中，粒子对的状态与L测量设备的状态纠缠在一起。因此，L-Apparatus指针的状态从“准备好”以测量某种旋转特性到不确定的结果而发展。例如，在z旋转测量中，l-apparatus与粒子对纠缠在指向“上”并指向“向下”的叠加状态（对应于具有z旋转的L粒子状态）的状态（对应于Z-Spin的状态）。向上“ down”），并且在准备测量z旋转状态下，r-apparatus仍未进入这些系统。或正式：

|ψ6＞ = 1/√2（| z-up＞ l | up | up＞ al | z-down＞ r - | z-down＞ l | down＞ l | down＞ al | z-t）

在哪里，就像以前一样，| up> al> al and | down> al表示l-apparatus的状态，分别显示结果z-spin'up'和'down'和'down'和| ready＞ ar＞ ar＞ ar表示r-apparatus的状态准备测量Z旋。在这种状态下，L-Apparatus指针的巨大粒子在位置的叠加状态（对应于指向）和位置（对应于指向）“下降”假设为简单起见，在指向“上”（“ down”）的状态下，L-Apparatus指针的所有粒子的位置是相同的，则状态|ψ6>可以被重写为：

|ψ7＞ = 1/√2（| z-up> l | up | up＞ p1 | up＞ p2 | up＞ p3…| z-down＞ r-

                  | z-down＞ l | down＞ p1 | down＞ p2 | down＞ p3…| z-up＞ r）| ready＞ ar

其中pi表示L-Apparatus指针的I颗粒，而| up＞ pi（| down＞ pi）是i粒子的状态，处于与结果Z-Spin'up'相对应的位置（'down） '）。[10] 大量指针粒子中至少有一个将忍受自发定位的机会，朝着与结果Z-Spin“ UP”或结果Z-Spin'Dows'的位置相对应的位置（微型秒的拆分非常高。而且，由于指针和粒子对的所有粒子彼此纠缠在一起，因此崩溃将带来L-Apparatus指针的纠缠状态和粒子对的崩溃

| z-up＞ l | up＞ p1 | up＞ p2 | up＞ p3…| z-down> r

或者

| z-down＞ l | down＞ p1 | down＞ p2 | down＞ p3…| z-up＞ r。

因此，指针将很快朝指向结果Z-Spin“ UP”或结果Z-Spin“ Down”的方向移动。

如果（如上所述）粒子的自发定位是确切的位置，即，即与结果“向上”或结果“下降”相对应的位置，则GRW崩溃模型将成功解决测量问题。从技术上讲，通过将|ψ7＞乘以与结果“向上”或结果“下降”相对应的位置的三角洲函数来实现精确的本地化（请参阅《倒塌理论》第5节和艾伯特第1992章，请参阅第5节的条目5）;这些相互详尽的可能性的概率为½。问题在于，它遵循不确定性原理（请参阅不确定性原理的条目），在这种本地化中，矩阵和局部粒子的能量将完全不确定，以便使气体可以自发加热并淘汰电子。与我们的经验相矛盾的轨道。为了避免这种问题，GRW假定自发的定位的特征是高斯人的乘法，其围绕某些位置，例如与状态中的结果“向上”或结果“向下” |ψ7＞对应的位置。这可能是有问题的，因为在任何一种情况下，L-Apparatus指针的状态（我们特征在于）L测量的终结都是“上升”和“下降”的叠加叠加“集中”在结果“向上”或结果“下降”（即，与该状态相对应的波函数的峰值集中在这些位置之一上），它也具有无处不在的“尾巴”： L-Apparatus的状态是无限数量不同位置的叠加。因此，从特征态 - 元素价值链接中遵循的是，在测量结束时，L-Apparatus的位置可观察到的位置没有确定的值。但是，如果确实需要可观察到的位置具有确定值以使L-Apparatus具有确定的位置，那么指针将既不指向上”也不是“向上”或“下降”，并且GRW崩溃模型将无法重现这种系统的经典行为。[11]

在后来的模型中，GRW提议将量子状态解释为质量密度，他们假设，如果系统的质量几乎所有密度都集中在某个区域，则该系统位于该区域。因此，测量设备的指针确实在测量相互作用结束时具有确定的位置。然而，该解决方案也引起了辩论（参见Albert and Loewer 1995，Lewis 1997，2003a，2004年，Ghirardi和Bassi 1999，Bassi and Ghirardi 1999，2001，Clifton and Monton 1999，2000，Frigg 2003，以及Parker 2003，以及Parker 2003，以及Parker 2003 ）。

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