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爱因斯坦的时间盒子 精选

已有 10739 次阅读 2012-3-12 09:09 |个人分类:物理|系统分类:科研笔记| 爱因斯坦, office, class, face, 时间盒子

 

 

见一篇短文(arXiv:1203.1139v1),重温了EPR和老爱的时钟盒子实验,有点儿感想。

 

1930年,在第6Solvay会议上,爱因斯坦提出一个思想实验(Gendankenexperiment,对老爱来说,思想实验的意义似乎远大于实验室的实验),即著名的时钟盒子(叫Einstein盒子,如图)——在任意短的时间间隔内,让一个光子从盒子发射出去,那么盒子会减少一定的质量Dm = DE/c*c,于是,通过弹簧测定盒子的重量,就能知道光子带走的能量DE,而时间间隔可以任意调节,这就颠覆了DE*Dt>=h的测不准原理。

 

玻尔被这个问题惊呆了,Leon Rosenfeld几年后回忆了两位大佬的表情:

 

I will never forget the image of the two antagonists as they left the club: Einstein, with his tall and commanding figure, who walked tranquilly, with a mildly ironic smile, and Bohr who trotted along beside him, full of excitement...The morning after saw the triumph of Bohr.

 

玻尔的“胜利”是“以其人之道还治其人之身”——当光子跑出去之后,盒子的位置会发生变化,于是在引力场中时钟也要变化,所以时间多出一个不确定性来,正好能满足测不准原理的要求。用广义相对论来对付老爱,老爱大概输了也不会难过。

 

这儿引出一个更有趣的问题来:量子论岂非从根儿上就离不开相对论?然而,我们知道不是那样的。玻尔的回答虽然机巧,却未必恰当。若这儿需要考虑相对论效应,那量子力学的其他场合呢?

 

玻尔好像还钻了一个空子——老爱的实验看起来是反对时间-能量的不确定关系,所以玻尔在论证中运用了位置-动量的不确定关系。这两对关系,难道是可以分开的么?

 

思想实验要“领会精神”,如果计较细节,问题就多了,跑偏了。例如,那个跑出去的光子是经典的,有没有问题呢?如果有,换一个麦克斯韦的小妖如何?时钟盒子的精神是什么?

 

5年后,爱因斯坦和两个同学提出了著名的EPR实验(当然还是思想实验),是在定域性的假设下批评量子力学不完备——Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?玻尔的回答也用了这个题目,挺有意思。

 

两个实验,当年是独立的,现在并列起来看,它们一个关于时间-能量,一个关于位置-动量,老爱想说的是实在性与完备性。后来,Bell也从那两个假定出发,却发现它们不可能都成立,于是提出“定域的实在性”;但量子力学不满足这个性,所以是“非定域”的。一个观测结果会影响另一个遥远的结果。老爱当年没有想到,他对盒子的测量会影响跑出去的那个光子。玻尔的回答当然也没有说到点子上。

 

 

 

 

尽管今天对两位老师的对话有了不同的解读,但那依旧是科学舞台上最激动人心的一幕。他们的思想实验比实验室里的现象更有趣,也更深刻。



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