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量子纠缠违背了现代物理的相对论
人工智能、大数据和云计算构成了未来科技画面的“三大拼图”,它们以英语字母的ABC开头,由此被人们称之为“ABC技术”。世界上的互联科技和互联商业公司都在争先恐后地研发ABC科技,中国和美国的高科技公司在ABC技术的开发领域处于世界的“第一方阵”,中国的阿里巴巴、腾讯、百度和美国的谷歌、微软、亚马逊都将ABC技术摆在了公司优先发展的战略地位,近几年来,中外互联商业和科技公司的“大佬”在各种场合的演讲和发言中“不厌其烦”地讲述了“ABC科技”在未来三十年对人类社会和人们的生活和交往方式产生的影响,认为忽略ABC科技研发和应用的公司将会面临淘汰,忽略ABC科技影响的人将会面对出局。商业“大佬”、学者和政府官员尽管不能预测以ABC科技为核心的“第四次工业革命”、或“第四次技术革命”的影响力度和范围,但是,他们都高度重视“第四次浪潮”对国民经济和国民生活的冲击,我们将商人、学者和官员在科技进步方面达成的一致观点看成是一种认识论的“等效原理”。中国在ABC科技风潮的推动下不会扮演“跟风者”的角色,而是更多地承担了引领者的使命,中国科技人员申请的专利数量,研发的智能产品都处于世界的前列。
阿里巴巴的“大神”马云、京东的“神”刘强东在近期“情彩飞扬”的演讲中屡屡触及人工智能、大数据、云计算的话题,他们多少夸大了人工智能和机器人的能力。人工智能、机器人和劳动者之前存在部分的“等效原理”,因此可以部分地替代劳动者的脑力和体力劳动,但是,人工智能、机器人和劳动者之间不存在完全的“等效原理”,因此它们不能完全地取代人的劳动,即使人工智能和机器人可以部分地取代人的劳动,比如:在工厂的流水线上大量使用机器人,在服务行业用机器人代替服务员,在航天探索领域用机器人代替航天员,如此的“岗位替换”会造成大量员工的失业。人工智能和机器人不是万能的,尽管它们的智力和体力在设定的范围内远远超过了“最强大脑”和“最强体魄”的人,但是,这种智能只能在数理模型和计算机的算法上得以展现,它们不能发明一款简单的游戏软件,不能选择人所独有的性格、情感、语言、行为,不能拥有人的信念和愿景、人的价值和理念,人工智能和机器人永远不会成为社会文化的拥有者。人工智能和机器人不会取代未来人与人的直接交往,不会取代未来教师和学生面对面的教育,尽管未来的人会更多地依赖人工智能、机器人的帮助和指引。未来的“百度机器人”和“谷歌机器人”也不能消解我们的“疑难”,比如:如何用量纠缠检验广义相对论?量纠缠是否违反了广义相对论?至于在月球的背面是不是存在外星人?在太阳系以外的宜居行星上是否存在外星人的基地?所有的这些科学探索问题都不能指望机器人的解答,与其指望机器人、不如指望“外星人”的帮助。
量纠缠指的是两个、或多个粒之间物理状态的同时变化,无论两个、或多个粒之间的距离有多远,甚至无论两个、或多个粒处于什么样的物理参照系。量纠缠指称的两个物理事件几乎在同一时间发生,符合“同时性原理”,但是,根据爱因斯坦狭义相对论的解释,两个物理事件同时性的概念是相对的,在一个参考系发生的同时性事件,在另一个参考系看来则是非同时性的,在爱因斯坦的狭义相对论中,同时性概念不再有牛顿物理的绝对意义,它同惯性系的选择有关,同时性只有相对意义,只有对于同一惯性系下不同时空点发生的两个事件,同时性才有绝对意义。为了明同时性的相对性,爱因斯坦设定了“爱因斯坦的火车”的假想实验,如果一名站在车厢中点位置的实验员将两束光线同时发向火车车厢的两端,由于车厢中点的位置与车尾和车头的距离相等,实验员可以认为一束发向车尾的光和一束发向车头的光同时到达火车的车尾和车头,尽管火车在驶向前方,由于实验员站在车厢之内,他或她感受不到火车的速度对两束光线飞行距离的影响,从“火车参考系”来衡量,两束光线抵达车尾和车头的两个事件是同时发生的,但是,从火车之外的“地面参考系”来衡量,或者从一名站台员看来,从车厢中点发出的两束光线没有同时抵达车尾和车头所在的地面位置,发向车头的一束光线首先抵达了车头的地面位置,而发向车尾的一束光线随后抵达了车尾的地面位置。
根据哲学解释学的“等效原理”,我们可以设置不同版本“爱因斯坦的火车”的实验场景,比如::从火车车厢的两端向车厢的中点发射两束光线,在车厢内的乘客看来,两束光线将会同时达到车厢的中点,而在车厢外的站台人员看来,两束光线先后到达车厢中点所在的地面位置。“爱因斯坦的火车”的思想实验表明了同时性的相对论,时间的间隔与参考系的选择有关,在一个参考系同时发生的事件,在另一个参考系的观察者看来则不同时。爱因斯坦认为两个事件发生的时间间隔与测量时间所用的钟的运动状态有关,对一个钟是同时发生的事件,对另一个钟就不一定是同时的。量纠缠是两个、或两个以上粒发生“行为人一致”的同时性事件,我们对量纠缠行为的同时性了解得不够深入,根据现有量实验的成果,量纠缠的同时性似乎与时钟的选用、与参考系的选择没有关系,这种同时性是无条件的、绝对的,而根据相对论时间间隔的定义,物理事件的同时性与时钟的选用、与参考系的选择有关,事件的同时性是有条件的、相对的。如果我们从相对论框架下的同时性概念来理解量纠缠,那么可以认为在一个参考系发生的量纠缠的同时性,在另一个参考系的观察者看来则是非同时性的。如果我们从量纠缠行为的无条件性、绝对性来理解,那么量纠缠行为的同时性适用于任何的参考系。
我们除了没有弄清量纠缠同时性的概念之外,还没有弄懂参考系的选择对量纠缠行为的影响,现有的量实验成果似乎表明,量纠缠行为不受任何参考系的影响,比如:既可以在地面开展量纠缠实验,也可以在近地轨道的太空开展实验,两种不同的实验环境对量纠缠行为似乎不发生影响,由于科学家还没有开展极端环境的量纠缠实验,因此,我们不能确定一般环境和极端环境的量纠缠行为是否符合“等效原理”,比如:弱重力、弱磁场环境和强重力、强磁场环境的量纠缠行为是否符合“等效原理”。但是,我们已经清楚地了解参考系的选择对光行为的影响,这种影响通过广义相对论得以精确地描述,比如:光线在引力场发生弯曲,最靠近地球的大引力场是太阳引力场,爱因斯坦曾经预言,遥远的星光如果掠过太阳表面,将会发生1.7秒的偏转。比如:光线的引力红移,在引力场的时钟要变慢,产生“时间稀释”效应,从恒星表面射向地球的光线,其光谱线会发生红移,由于恒星引力的作用,远离恒星表面的光波会损失一部分能量,从而波长变长、频率下降。广义相对论证明了物理学规律在不同强度的引力场不会发生形式上的变化,这符合相对论理论前提的“等效原理”,广义相对论证明了物理学规律在不同强度的引力场会发生内容上的变化,这符合我们解释的“差异原理”,比如:光线在强的引力场中发生的偏转大,而在弱的引力场中发生的偏转。
我们不能预测诸如量纠缠发生在黑洞的内部时会产生什么变化,不能预测当一对纠缠光中的一个掉进了黑洞,另一个留在了黑洞之外时会不会继续保持量纠缠的状态,霍金曾经设想一对虚光的一个掉进了黑洞,另一个留在了黑洞之外,留在黑洞之外的一个粒会带走黑洞的一点能量,从而产生黑洞辐射、或霍金辐射的现象,黑洞在几十亿年的辐射过程中将会导致“黑洞蒸发”。本作者发现,在“霍金辐射”的伟大思想实验中还包含了量纠缠的场景,研究黑洞场景的粒和“虚粒”的量纠缠行为也许能够带来新的启示,对“霍金粒”量纠缠的研究和天文观测也许能够解决黑洞“信息丢失”、或“信息悖论”的难题,我们通过黑洞内外纠缠粒的信息传递,能够获取黑洞内部的信息。本作者将量纠缠和“霍金辐射”联系起来,这当然属于物理哲学的一大创举,到目前为止,科学家只是通过引力波的观测来了解黑洞碰撞与合并事件的发生,了解黑洞质量和旋转的“外部信息”,我们也许可以通过量纠缠来获取黑洞结构和粒组成的“内部信息”。用量纠缠原理来揭示“黑洞信息学”,这是霍金没有想到的科学路径,这种新奇的想法令本作者欣喜不已,就像一位创业者发现了新的商机一样。当然,本作者在本文表达的“主题思想”不是黑洞信息和量纠缠的关联,而是量纠缠和广义相对论的联系。如果任何的参考系,比如:强的和弱的引力场、磁场都不影响量纠缠的行为,那么量纠缠将会违背狭义和广义相对论的原理。
(邓如山2017-6-29邮箱:deepmind_123@163.)
(IsQuaatrarytothegeheoryofretivity?)
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