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回复:简单科普量子纠缠以及人类通过怎样的实验来证明纠缠的存在最近吧

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还是再强调一下,如果经典物理是对的,那么这两个粒子的一切行为,都在分离的那一刻命中注定了,我们一定可以通过t,x,y,z,λ来计算出确切的自旋,确切的动量,确切的位置等等所有的行为。至于怎么去计算,计算公式是啥,隐变量λ怎么发现,有待科学家们发现
但是,这些都是在经典物理是对的情况下,才成立。
同理,我们通过某些方法,发现,这样的隐变量λ,根本就不存在,那反而会证明量子力学才是正派,经典物理是邪门歪道!
不过要怎样的实验,才能证明这样一个隐变量不存在呢?


IP属地:美国57楼2020-07-23 21:23
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    在说实验之前,还是再补充一下自旋的相关知识吧。
    一个粒子的自旋,有顺时针,有逆时针,还要有对应的旋转轴。就跟地球自转似的。通过右手定则👍,四指方向是旋转方向,规定大拇指方向是自旋方向。
    而人们在测量自旋的时候,不巧,只能测量这个自旋在某一个轴上的分量是多少。下图就是一个球体的自旋在z轴的分量。而人们能测到的就是Sz。显然,旋转轴和z轴的夹角不一样,测得的自旋Sz也就不一样。有的小一点,有的大一点,有的是负的,有的是正的。
    但是!世界就是这么的奇怪,人们在测量电子的自旋的时候,就只能测到两个值+1/2和-1/2。那么有人会说了,既然这样,那我就把z轴转一些角度,然后分别测一下这些个电子的自旋,总会测出其他数值吧。抱歉,即便是换成了其他z轴,测到的电子自旋结果也不是+1/2就是-1/2。具体为什么,本帖就不讨论了。实验结论。
    反正就是电子的自旋,只能是向上或者向下。无论选择什么角度的坐标轴。


    IP属地:美国来自iPhone客户端59楼2020-07-23 21:53
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      下面我们考虑这样一个实验:
      一个自旋为0的pi粒子(这个粒子的名字就叫pi粒子),分裂成了两个电子。然后在两边分别放上测量自旋的装置。左边叫装置A,右边叫装置B。当然,测量自旋得设定一下我们选取的z轴吧。为了方便,先规定测量的z轴选取只选与电子运动的x轴垂直的那个平面里的某个角度。再规定,竖直向上为0度。然后调整测量电子A的仪器的z轴的角度是a,测B的仪器的z轴的角度选取是b(我们这两个z轴选取的方向不一定是一样的,a不一定就等于b)。当然,我们知道电子的自旋无论是在哪个方向测,得到的结果要么向上,要么向下。

      然后A测得的自旋结果就用A来表示,其中如果测得结果是+1/2,那么A=+1。如果测得结果是-1/2,那么A=-1。
      同理B测得的自旋结果就用B来表示。
      注意,因为我们是想看看隐变量到底存不存在,所以我们事先假设隐变量是存在的。所以一个粒子的自旋一定是可以计算出来的。那么我们用仪器测得的结果自然也可以预先计算出来,只不过我们不知道怎么算。
      所以,测得的结果A就至少与两个变量有关:z轴角度a和隐变量λ。那么A和B就是关于角度和隐变量λ的函数。
      写作:A(a,λ)和B(b,λ)。注意,这里A和B的取值只能是+1或者-1。例如,带入角度a=10,λ=-2,A(a,λ)=-1/2之类的。


      IP属地:美国60楼2020-07-23 22:21
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        🌿,歇会,吃根香蕉


        IP属地:美国来自iPhone客户端61楼2020-07-23 22:29
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          之后呢,我们想算一下A(a,λ)的平均值。怎么算呢?就是保持角度是a不变,测n组这样的电子对。+1,+1,-1,+1,-1,-1,+1.。。。然后把这些值加起来,除以测量的次数n。就是A的平均值了。同理,我们也可以计算出对应的B的平均值。


          IP属地:美国63楼2020-07-24 00:03
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            以上是实验中计算样本平均值的方法。
            现在我们来回顾一下总体平均值在数学上是怎么计算的
            首先,我们想计算在角度是a的情况下,A(λ)的平均值是多少。
            那我们就要把λ=-11,λ=-2.6,λ=5,λ=根号6等等,所有的λ可以等于的数都带到A(λ),然后把这些A都加起来,在除以总数。但是我们知道λ的取值范围是整个实数。也就是说,我们要带进去无数次。这是就不能用离散的分布来考虑。要用连续的分布。
            这里我们类比求质心的方法。假如有两个质点m1,m2。所在位置分别为r1,r2.
            那么他们的质心就是(r1*m1+r2*m2)/(m1+m2)对吧
            那么一个连续的物体的质量密度是ρ(r)的情况下,这个物体的质心是什么呢?
            就是 ∫ rρ(r) dr 对吧
            同理,A(λ)的平均值怎么求呢?是不是也应该有个分布密度ρ(λ)
            使得A在a这个角度的平均值是:∫ A(a,λ)ρ(λ) dλ
            对应的B在b这个角度的平均值是:∫ B(b,λ)ρ(λ) dλ


            IP属地:美国64楼2020-07-24 00:20
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              那我现在要是想求A(a,λ)*B(b,λ)的平均值呢?就是两个测量结果相乘的平均值。
              自然就是 ∫ A(a,λ)*B(b,λ)*ρ(λ) dλ。
              我们记做:E(a,b)=∫ A(a,λ)*B(b,λ)*ρ(λ) dλ


              IP属地:美国65楼2020-07-24 00:24
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                现在我们令A和B分别测两个不同的方向。A有a,a‘。B有b,b’
                那么测得的结果就是A(a,λ),A(a‘,λ),B(b,λ),B(b’,λ)
                但不管结果是多少,他们的取值都只能是+1或者-1.
                我们就单看A(a,λ)和A(a‘,λ)。现在只有两种可能,一种是这两个值不同,另一种是这两个值相同。
                相同的情况和不同的情况分别是:

                不管是哪种情况,A+A和A-A肯定有一个是0。
                那么我们在A+A旁边乘一个B(b,λ),A-A旁边乘一个B(b‘,λ),再相加,得到的结果是不是只能是+2或者-2(别忘了B的取值也只能是正负1):


                IP属地:美国66楼2020-07-24 00:38
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                  上面这个式子,我们管它叫f。
                  f=A(a)*B(b)+A(a’)*B(b)+A(a‘)*B(b’)-A(a)*B(b‘)
                  这里我就懒得在括号里写λ了。
                  f只能等于+2或者-2。所以我说f小于等于2没毛病吧

                  也就是说,如果爱因斯坦是对的,那么就应该有这么一个隐变量λ。而一旦有这么个λ,我们来做这个实验,就必须要满足这个不等式。
                  那么剩下的就好办了,我们只要测很多次pi粒子分裂成两个电子的情况,然后得到很多组数据A,B。通过这些数据去算A*B在对应的a,a’,b,b‘角度的平均值。E(a,b), E(a',b), E(a',b'), E(a',b'), 然后看看他们符不符合上面那个CHSH不等式。
                  如果符合,那么λ是可以存在的(我们不能保证他一定存在,但是至少可能存在)。
                  但是,如果违反了CHSH不等式,那么我们可以肯定这样的λ一定不存在。


                  IP属地:美国67楼2020-07-24 01:03
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                    一旦我们发现不存在这样的隐变量,那么就说明量子才是正派
                    但是真实的实验并不是这样的设置,因为测平均值需要大量的数据,这么一组一组的测,太慢了,费时费力。哪来那么多pi粒子给你整。聪明的科学家们就想用两个纠缠光子来代替实验。但这里有个很尴尬的问题,人们不会测光子的自旋


                    IP属地:美国68楼2020-07-24 01:09
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                      那后来实验到底怎么整的呢?
                      且听下回分解


                      IP属地:美国69楼2020-07-24 01:11
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                        哎,有人看没?有人看懂了没我讲的应该够细了吧。
                        看到这里的能扣个1不,我不想单机


                        IP属地:美国70楼2020-07-24 01:13
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                          people !=people;
                          Self.try(effect.rage()==True){
                          Self.Experience+=3; }
                          //


                          IP属地:美国来自iPhone客户端73楼2020-07-24 17:53
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                            昨天讲到用纠缠光子代替纠缠电子了,毕竟能省、经费但问题是科学家们好像不太能测光子的自旋。怎么办呢?
                            其实我们回想一下上面的推导,除了用到了测量结果不是向上就是向下,好像根本没用到其他的物理定律,像动量守恒、能量守恒,根本提都没提过。整个推导是纯数学推导。那么我们就不必非要和自旋死缠烂打,测点其他东西好像也可以,只要这个其他东西也满足不是向上就是向下。
                            于是聪明的科学家们就把两边测量自旋的装置 换成了 光子的探测器。然后在光子抵达探测器之前的路径上放一个薄膜。而光子在打到薄膜的时候,是不是只有两种可能?要么被挡住,要么穿过去。
                            聪明的你一定能想到,如果探测器测到了光子,说明光子传过去了,没测到说明光子被薄膜单防了
                            这样就创造了一个和自旋一样的条件,然后光子穿过去被探测器测到了就是A=+1,没穿过去,探测器没测到,就是A=-1
                            不过这样其实还和之前的不太一样,就是没有角度一说。怎么办呢?我么可以把薄膜换成线性偏振片。偏振是有角度的。而一个光子也是可能穿过去,可能被挡住。例如光子的极化方向和偏振方向是平行的,那么100%会穿过去。垂直就是0%会穿过去。其他角度我们暂时不确定,但是我们能肯定的是,要么穿过去,要么死在偏振片上。当然,其他角度的情况其实量子力学是可以解决的,例如45度就是50%。


                            IP属地:美国75楼2020-07-24 20:48
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                              所以现在这个实验就变成,人们通过某种方法可以很省钱地制造出纠缠光子对,然后左右两边都有一个光子探测器A、B,探测器前面都有各有一个偏振片。角度分别是a、b。每发射一对纠缠光子,记录探测器的结果,探测到就是+1,没反应就是-1。
                              而CHSH不等式里的E(a,b)=E[A(a)*B(b)]
                              我们就可以发射n次纠缠光子对,然后记录两个探测器的结果的乘积A(a)*B(b),然后算他们的平均值。同理E(a‘,b),E(a,b’),E(a‘,b’)也这样算出来。就是调整不同的角度,重复同样的实验而已。
                              好的,现在你们看到的这个实验!


                              IP属地:美国76楼2020-07-24 21:16
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