包坍缩不再是瞬间完成,而应当是一个渐进的过程 过A点的光锥之外(即A和B两点是类空的,通常 1996年,法国 Haroch小组已经完成了精巧的腔QED不存在因果关系),但在t>T的时刻,我们仍有可 (腔量子电动力学)实验去展示这一过程 能在B点发现粒子.按照狭义相对论,信号最多是 然而,仅考虑一个仪器和被测系统的相互作用以光的速度传播,而在瞬时的间隔发生的波包坍缩 是不够的因为它只能产生仪器和系统状态的量子 现象,意味着存在“概率意义”的超光速——T时刻 纠缠,由此不可能从仪器态读出系统态的经典信息,测量粒子动量会导致体系以一定几率(通常很小很 只有通过经典关联才能做到这一点.为此,必须引入 小y超光速”地坍缩到不同的动量本征态上.这个例 第二个仪器,第三个仪器,…乃至形成无穷长的仪子表明,引入波粒二象性的观念或几率解释是各种 器链.按照一种极端的观点,只有“主观的观测佯谬出现的本质 者”介入,才能终止这个仪器链.这就导致哲学上的 悖论:人们观察到的现象必然包含了主观的介入,即 在微观领域主体和客体是不能完全分离的.然而,与 爱因斯坦和薛定谔一样,许多物理学家认为,即使从 物理学的角度也不能接受这个观点正如爱因斯坦 指出,“相信有独立于主体之外客体的存在是一切科 学理论赖以成立的基础”.现在的问题是,如果坚信 爱因斯坦等人的观点,我们能否解释冯·诺伊曼链提 出的“哲学佯谬”呢?解决问题的关键是考虑仪器与 被测系统的差别:仪器具有宏观和经典属性,在极限 情况下,它可以用量子力学加以描述.60年代,H Gren和A. Daneri开始了这方面的尝试m1.70年 图1四维时空中的整体波包坍缩 代,J.Hp和 Coleman取得了实质性进展.作者 事实上,对于单一测量,我们并不能确定地在B 有幸在这方面开展了一系列工作,发现了仪器的 点发现粒子.因此,“事件”A和B的联系只是概率性 大N极限和多粒子演化过程因子化的位相不匹配 的.而对于微观粒子而言,讨论经典意义下的因果关 是仪器导致系统退相干乃至形成仪器和系统经典关 系和相关的非定域性问题,可能不是一个恰当的论 联的本质 题.近期,我们看到过不少“概率意义”下的超光速的 报道,虽然这些实验的完成者大多了解“概率意义 3奇妙的量子相干性 的超光速不会破坏因果律,但也在非专业的范围内 引起一些误解,其根源在于对量子测量本身的误解 量子力学所描述微观世界是十分奇妙的.通过 例如,在最近报道的“超光速”实验中型,看到了保 测量从微观世界提取经典观察者可以感知的信息 形的光脉冲群速度超过了光速的300倍.但这并不 看上去更是令人捉摸不定考虑力学量的本征态意味着荷载的经典信息和能量能以30倍光速的速 1n〉的量子相干叠加1∮)=C11)+C212)+…+ 度传播,更不存在与狭义相对论的矛盾.事实上,由 Cnln).它刻画了对力学量A测量的不确定性但 于进入原子团的波包前端早己触发了原子的跃迁, 是,一旦在一次测量中得到A的一个本征值a,则 形成反常色散介质,群速度超光速就不足以为奇了 系统便坍缩到一确定的本征态n〉上」 由于不是单光子探测,这种以概率方式发现的“超光 量子力学测量的特别之处在于它描述的波包坍 速”已远离了它的经典含义 缩是整体的.表面看上去,这种波包的整体(全空间 以上是表明量子相干性的奇妙特性的单粒子图 坍缩,与狭义相对论的基本原理似乎有矛盾.例如, 像.对于多粒子或多分量情况,一类特殊的相干叠加 如图1,一个粒子在t=0时刻处在一个局域的空间 是量子纠缠态,它不能够分解为相干叠加态的直积 点A上,t=T时测量其动量得到确定的动量p,则这种量子态描述的量子纠缠性,本质上不同于经典 波包坍缩为动量本征态-exp(ipm),其空间分布在关联我们考虑玻姆关于ER态的直观描述],他 T以后时刻便是均匀的,似乎不再定域测量引起的 考虑了处在自旋单态上|+z)和|-z)的双电子体 整体的波包坍缩也似乎破坏了定域性:虽然B点在 系,其量子纠缠态波函数是 312 物理包坍缩不再是瞬间完成，而应当是一个渐进的过程! "##$ 年，法国 %&’()* 小组已经完成了精巧的腔 +,- （腔量子电动力学）实验［"$］ 去展示这一过程! 然而，仅考虑一个仪器和被测系统的相互作用 是不够的!因为它只能产生仪器和系统状态的量子 纠缠，由此不可能从仪器态读出系统态的经典信息， 只有通过经典关联才能做到这一点!为此，必须引入 第二个仪器，第三个仪器，…，乃至形成无穷长的仪 器链［".］!按照一种极端的观点，只有“主观的观测 者”介入，才能终止这个仪器链! 这就导致哲学上的 悖论：人们观察到的现象必然包含了主观的介入，即 在微观领域主体和客体是不能完全分离的!然而，与 爱因斯坦和薛定谔一样，许多物理学家认为，即使从 物理学的角度也不能接受这个观点! 正如爱因斯坦 指出，“相信有独立于主体之外客体的存在是一切科 学理论赖以成立的基础”! 现在的问题是，如果坚信 爱因斯坦等人的观点，我们能否解释冯·诺伊曼链提 出的“哲学佯谬”呢？解决问题的关键是考虑仪器与 被测系统的差别：仪器具有宏观和经典属性，在极限 情况下，它可以用量子力学加以描述! $/ 年代，%! 0’112 和 3! -&21’4 开始了这方面的尝试［"5，"6］! 5/ 年 代，7! %188 和 9(:1;&2 取得了实质性进展［"#］! 作者 有幸在这方面开展了一系列工作［</］ ，发现了仪器的 大 = 极限和多粒子演化过程因子化的位相不匹配， 是仪器导致系统退相干乃至形成仪器和系统经典关 联的本质! > 奇妙的量子相干性 量子力学所描述微观世界是十分奇妙的! 通过 测量从微观世界提取经典观察者可以感知的信息， 看上去更是令人捉摸不定! 考虑力学量的本征态 ? !〉的量子相干叠加 ?!〉@ "" ? "〉A "< ? <〉A … A "! ? !〉!它刻画了对力学量 # 测量的不确定性! 但 是，一旦在一次测量中得到 # 的一个本征值 $!，则 系统便坍缩到一确定的本征态? !〉上! 量子力学测量的特别之处在于它描述的波包坍 缩是整体的!表面看上去，这种波包的整体（全空间） 坍缩，与狭义相对论的基本原理似乎有矛盾! 例如， 如图 "，一个粒子在 % @ / 时刻处在一个局域的空间 点 # 上，% @ & 时测量其动量得到确定的动量 ’，则 波包坍缩为动量本征态 B 1C8 （4’(），其空间分布在 & 以后时刻便是均匀的，似乎不再定域!测量引起的 整体的波包坍缩也似乎破坏了定域性：虽然 ) 点在 过 # 点的光锥之外（即 # 和 ) 两点是类空的，通常 不存在因果关系），但在 % D & 的时刻，我们仍有可 能在 ) 点发现粒子! 按照狭义相对论，信号最多是 以光的速度传播，而在瞬时的间隔发生的波包坍缩 现象，意味着存在“概率意义”的超光速———& 时刻 测量粒子动量会导致体系以一定几率（通常很小很 小）“超光速”地坍缩到不同的动量本征态上!这个例 子表明，引入波粒二象性的观念或几率解释是各种 佯谬出现的本质! 图 " 四维时空中的整体波包坍缩 事实上，对于单一测量，我们并不能确定地在 ) 点发现粒子!因此，“事件”# 和) 的联系只是概率性 的!而对于微观粒子而言，讨论经典意义下的因果关 系和相关的非定域性问题，可能不是一个恰当的论 题!近期，我们看到过不少“概率意义”下的超光速的 报道，虽然这些实验的完成者大多了解“概率意义” 的超光速不会破坏因果律，但也在非专业的范围内 引起一些误解，其根源在于对量子测量本身的误解! 例如，在最近报道的“超光速”实验中［<<］ ，看到了保 形的光脉冲群速度超过了光速的 >// 倍! 但这并不 意味着荷载的经典信息和能量能以 >// 倍光速的速 度传播，更不存在与狭义相对论的矛盾! 事实上，由 于进入原子团的波包前端早已触发了原子的跃迁， 形成反常色散介质，群速度超光速就不足以为奇了! 由于不是单光子探测，这种以概率方式发现的“超光 速”已远离了它的经典含义! 以上是表明量子相干性的奇妙特性的单粒子图 像!对于多粒子或多分量情况，一类特殊的相干叠加 是量子纠缠态，它不能够分解为相干叠加态的直积! 这种量子态描述的量子纠缠性，本质上不同于经典 关联!我们考虑玻姆关于 ,EF 态的直观描述［<>］! 他 考虑了处在自旋单态上 ? A *〉和 ? G *〉的双电子体 系，其量子纠缠态波函数是 · >"< · 物理