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    量子纠缠没有距离和时间

    2019-01-17 19:15:58    来源:360个人图书馆    浏览:11    回复:0    点赞:0

    「量子纠缠没有距离和时间」这种理解是不够好的,更好的理解是「量子纠缠塑造了距离和时间」。


    先谈距离。2013 年,阿根廷物理学家马尔达西那(Juan Martín Maldacena)和斯坦福大学的萨斯坎德(Leonard Susskind)提出了一个著名的猜想,这一猜想指出了虫洞与量子纠缠的等价性。「量子纠缠」可以看成某种微观的「虫洞」,这些纠缠的存在重新定义了量子比特间的「距离」,这些距离演绎了空间的几何结构。直观理解一下,当宇宙中的量子比特间都没有纠缠的话,它们将会彼此远离,这对应于空间的膨胀,其效果类似于「暗能量」。而如果因为某些动力学导致空间中的量子比特之间形成了越来越多的关联,那么许许多多连接会形成,原来距离很远的点会被拉近,空间因此发生了巨大的扭曲,而如果这种纠缠继续持续不断地进行,最终空间中的大量点会全部都坍缩到一点,这就形成了「黑洞」。总之,ER = EPR 的猜想向我们展示了这样一幅图景,我们所生活的时空正是由于量子信息的纠缠演生而出的,量子信息是比时空更为基本、更为核心的物理概念: 两个量子比特之间的连接权重越大,纠缠越强,距离也就越近。


    再谈时间。用量子纠缠的观点来理解时间的方向,这个想法来自于美国麻省理工学院的物理学家劳埃德(Seth Lloyd),他在研究生期间产生了用量子纠缠来解释「时间之箭」的想法。我们已经提到,网络上的每个节点都是一个量子比特,节点与节点之间的纠缠关系就决定了时空的几何结构。一个量子系统的演化完全可以用张量网络的演化来表示,例如,局域的信息一但与外界环境形成了许许多多的纠缠,那系统的状态它就成为了包括外界环境在内的整体状态的一部分。这将导致我们无法再通过局域的测量获得关于该信息,这就是量子力学的「退相干」。「退相干」就好像我们把一瓶香水突然打破,香水中的溶剂分子开始不断扩散,最终,香水中的溶剂分子扩散到了外界环境中的各处,这就如同一个与外界环境形成了许多纠缠的量子比特。由于系统与环境之间建立起了越来越多的长程连接,导致系统的每一个局部的信息都会弥散在整个系统之中,因此我们无法再通过局部的测量获取全部的信息,因此表面上看起来,信息看起来就好像被「擦除」了。不过,正如香水的分子并不会凭空消失一样,信息其实并没有真的被「擦除」,如果进行全局的测量的话,我们将发现,其实熵增并不存在,这种全局测量的过程就类似于我们耐心地在空气中收集所有的香水分子。而由于我们因为无法对整个系统(宇宙)进行测量,于是我们就无法还原弥散在整个系统之中的信息,因此,尽管整个宇宙可以看成是始终处在一个量子纯态当中,但任何一个系统由于其与环境的纠缠导致退相干,系统局域的「熵」于是就不断增加,热力学第二定律和「时间之箭」也因此形成了。


    如果量子纠缠可以被理解为宇宙的起源,那么是否意味着这就是某种神学的存在呢?我不认为这是有必要的。认为「万物源于信息」或者万物源于量子信息的纠缠难道不是比神学的观点更为神奇、更有想象力吗?以大物理学家惠勒(John Wheeler)的观点作为结尾:


    万物源于比特。换个角度说,令所有物——任何粒子、任何力场,甚至时空连续统本身——将其功能、意义乃至其全部存在……归因于……比特。万物源于比特象征着这一一种观念,物理世界的所有单元(item),在根本上——在最根本、最基础的意义上——具有非物质来源的解释;……;简而言之,所有的物质性事物,究其根源都是信息论性(information-theoretic)的,这是一个参与的宇宙(prticipatory universe)。


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