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2013年12月25日 星期三

從前從前,黃小樂

樂樂學說話的過程,許多事件都令人莞薾。
例如,看到爸爸回家,會主動報告自己的活動:
「吃飯飯」
「看魚魚」
「聽音樂」
「喝豆漿」
這些話都是用他天真可愛的童音道出,令人又愛又疼。

又如,被爸比抱著時,想要下去就說:「下來。」
再如,請媽咪剝糖果,就說:「媽咪幫你剝。」
還有,如媽咪說:「我去買豆漿,你留在家裡。」樂樂回答:「跟我去。」
看到水池、海、水溝,無論是真的、畫的、照相的,都會說:「有魚魚。」

2007/12/8
樂樂今天會說好長的句子,一早就說:「爸爸起床看小魚。」真的很棒。

2007/12/12
樂樂一早就說:「爸爸起床了。」第一次聽到語助詞。媽咪心血來潮看樂的課表,發現在上三字經,於是就隨口念了一句「人之初」,想不到一句含糊不清的「性本善」就從脫樂樂之口而出。媽咪高興的拍拍手,爸比於是又接:「性相近」,樂樂居然也接著:「習相遠」。
接著的「苟不教、性乃遷」如像難了點,但樂居然會:「教之道」、「昔孟母、擇鄰處、子不學、斷機柱」,媽咪又驚又喜。



2013年12月6日 星期五

第n手報導之五:Mach-Zehnder Interferometer


圖示為一干涉儀示意圖:


1. Beam splitter會讓50%的光穿過,50%的光反射。因此Detector 1/2都可以偵測到光,若是發射單一的光子,則各有50%的機率。
現在調整其中一條路徑長度(抵達detector 1、2的總路徑長度),使得光在該路徑發生destructive interference,則光只會百分之百抵達其中一個detector。若一次只發射一個光子,並操作很多次,情況亦同。不論用哥本哈根詮釋,或平行宇宙詮釋都可以說明這種現象。事實上這和雙狹縫干涉實驗的道理相同。

2. Elitzur–Vaidman bomb tester, 如圖所示。


若是在發生destructive interference的路徑上放炸彈,則原本無法偵測到光/光子的detector,現在又可以偵測成功了。同樣的,用哥本哈根詮釋,或平行宇宙詮釋都可以說明。只是引爆的機率是1/2。

3. 圖示為改良版的炸彈偵測器,提出人之一是Anton Zeilinger。


圖中的偵測器,若在沒有炸彈時,其偏振角度會被polarization rotator改變角度,例如1度。而分光器會讓光的垂直分量通過、水平分量反射。合成之後將使光的偏振角度維持原本的偏振角度

若有炸彈時,則因其中一條分光路徑不再作用,故合成之後將使光的偏振角度變為垂直。如果polarization rotator只會改變1度,則光走「有炸彈」的路徑之機率將大為降低,引爆之機率亦大大降低。

故利用此裝備則可偵測炸彈是否存在(若有,則偏振為垂直)而不必真的和炸彈有交互作用(但仍有極低的風險會引爆)。





2013年12月4日 星期三

第n手報導之四,量子物理的詮釋

哥本哈根詮釋
  1. 基本現象: 多次發射單個光子進行雙狹縫實驗, 發現最後光子的分布有明暗帶的現象, 同發射光束形成的干涉條紋。已不是傳統粒子多次隨機的樣貌。
  2. 為了找出原因, 在狹縫上裝偵測器。此時干涉即消失,現象如同傳統粒子的隨機分布情形。
  3. 而哥本哈根詮釋認為,粒子除非同時通過兩個狹縫(或其他未知狀態,但非已知的確定粒子狀態),否則不會形成干涉。也就是在「測量」前,粒子的形態未決定(注意,不是「不知道」)而處於「疊加」狀態在我們意圖去測量後,則波函式崩塌,以粒子的古典樣貌出現。
  4. 所以推論到極致,才會有半死半活、不死不活的薛丁格的貓出現。
  5. 問題: 無法描述波函數崩塌的「過程」、無法說明微觀和巨觀之間發生了什麼事。

測量在哥本哈根詮釋的角色:測量裝置理論上也應處在量子的疊加狀態,整個系統的其他部份也一樣。直到系統中的某部份發生了塴塌,整個系統才會出現某特徵,而該塴塌是觀察者造成的。

『涉及電子的一個典型的量子計算是計算原子激發態的壽命。如果我們知道原子在t1時刻被激發,則量子力學使我們能計算出原子在稍後t2時刻不再處於激發態的機率。因此,量子力學為我們提供了關聯兩次觀察(一次在t1時刻,另一次在t2時刻)的計算法則。在這裏,所謂「原子」是作為一種模型出現的,它使這個計算法則能預見到一種具體結果。在原子衰變過程中我們實際上從未對它作直接觀察。對於它我們所知道的一切都來自對其在t1和t2時刻的能量狀況的觀察。顯然除非是必須獲得滿意的實際觀察結果我們沒有必要就原子假設更多的東西。由於 「原子」概念從來就是只在對它進行觀察時才會碰到所以人們可以辯稱物理學家需要關注只是觀察結果間的客觀的關聯,而這種客觀性,並非只有原子視為「實際存在」的獨立體系才能獲得。換句話說,「原子」只不過是談論一組連結不同觀察結果的數學關係的簡便方法而已。[1]


平行世界詮釋
  1. 基本現象: 多次發射單個光子進行雙狹縫實驗, 發現最後光子的分布有明暗帶的現象, 同發射光束形成的干涉條紋。已不是傳統粒子機率累加的樣貌。
  2. 為了找出原因, 在狹縫上裝偵測器。此時干涉即消失,現象如同傳統粒子的分布情形。
  3. 平行世界詮釋認為,粒子仍同時走兩個狹縫(探索所有的可能性),此時世界仍是一個、尚未分為二個[2]。但也有另一種說法認為此時已分為兩個世界,直到干涉發生時又同合為一個世界[3]
  4. 在此「裝偵測器以測量」光走哪一個路徑,則代表「去同調」(de-coherence,去相干:與大環境發生隨機的交互作用),所以干涉不再發生,粒子的行為即維持粒子的古典狀態,世界也自此分為多個(視機率的可能分佈而定)。
  5. 問題: 波函數無限增長。解答: 系統會持續受到有高共同機率(co-probability)模式影響,而使不一致的模式間的影響愈來愈弱。這個過程即為「去相干」(de-coherence,去同調)(Dieter Zeh有相關論文)
  6. 問題: 平行宇宙? : 改變世界觀。
基本上,只要計算結果正確,詮釋的方法再不相同都沒關係,可以符合實驗並自圓其說即可。

歸納兩種詮譯:必須要有「干涉」,才會有「干涉」條紋。干涉要發生,則必須要有來自兩個狹縫的波或似波物。在此必要有「兩個以上的波或似波物」或者「兩個以上且可以彼此干涉的宇宙」才能滿足這個要件。而在發生古典粒子現象時,一者的說法是波函數的崩塌,另一者的說法則是發生去同調,卻留下千千萬萬的宇宙給我們。



1. 原子中的幽靈, p53
2. 另一種說法則認為粒子在一個世界只走一條路,但多個世界的粒子「們」彼此干涉。這種說法遭到物理學家Chad Orzel糾正[4],他認為每進行一次測量,宇宙才會產生分支。
『...當我們改用單一光子與波函數的量子語言來描述干涉儀時,我們說光子波函數遇到第一個分光器時會分成兩個部份。若是採用流行的多重世界觀點,可能會使人們認為這也是宇宙一分為二的時刻,因為這是第一次獲得波函數第二個分支的時刻。
這真的很誘人,但卻是錯誤的,此刻波函數有兩個分支,但並不是「分開的宇宙」。因為當兩個分支在第二個分光器會合時,可以見到干涉。....要讓波函數的兩個部分變成兩個單獨的宇宙,需要破壞同調。沒有同調之後。波函數的兩個部分將不會干涉,我們便看不見干涉圖案。』
3. 但在《沒有人懂量子力學》中,David Deutsch說明以Everett的學說來看雙狹縫干涉實驗:『...對此,埃弗雷特這 樣解釋:似波運動的觀察結果告訴我們,在前一時刻,存在有兩組宇宙,在一組宇宙中光子穿過一條縫;在另一組宇宙中,光子穿過另一條縫。但後來,這些光子在同一地方出現,此後,所有 宇宙又歸於全同了。』[5]

4. 跟著狗狗學物理, p88-89
5. 沒有人懂量子力學, p130