物質是運動的,有運動就有能量。量子是運動的,量子糾纏也有能量,這是毫無疑問的。
問題是,遙遠的兩個量子是如何互動的?是超距作用嗎?當然不是,超距是物理學禁區!
先要搞清【系統】與【能量】的概念與分類,然後要搞清【量子糾纏的機制】。
▲物質是運動的,物質之間的關聯是普遍存在與錯綜複雜的,任何實體或粒子之間都有相互作用的,這是糾纏的基本含義。1. 系統的概念與劃分
動力學研究的物質對象,作為物質存在的整體,叫系統、體系或物系(body,system)。
就研究對象的複雜程度分類,系統有單體系統、二體系統、多體系統(複雜系統)。
宏觀上,地球是單體系統,地日是二體系統,地球與太陽與普朗克衛星是三體系統。
微觀上,就外在環境,原子是單體系統。就内在結構,原子是多體系統。由于沒有内層結構,電子永遠是一個單體系統。
▲兩個體系之間的糾纏得以實現,必然通過之間的真空場(或引力場/電磁場)為傳播介質,超距作用或超光速傳播或不傳播信息是不存在的。2. 糾纏的動力學機制
根據需要,我們也可以把從電子槍發射出來的兩個電子,不管相距多遠,稱為二體系統。
兩個原子/電子/離子/光子,都有特定的電荷密度,可以看成二體系統。二者始終存在共時性電磁相互作用:
F₁₂=(1/4πε₀)q₁q₂/r₁₂²......(1)
這就是量子糾纏的動力學機制。事實上,隻要涉及作用力與反作用力的任意兩個系統,都有糾纏效應,例如地日之間存在引力糾纏。
二體系統的互動是共時關聯的,似乎在超距作用,但總有真空場作為力的傳播介質,互動速度遵循麥克斯韋光速方程:
c=1/√ε₀μ₀......(2)
因此我們說,任何兩個天體或粒子之間都是以真空光速進行相互糾纏的,糾纏的本質是電磁輻射或引力輻射,當然也在傳遞信息。
例如,原子光譜的超精細結構,就是核外電子與核電荷之二體系統的電磁感應與光電效應。
糾纏是二體系統不同性質力之間的互反作用,憑什麼說量子糾纏不傳遞信息?跟風麼?
3.為什麼兩個原子會糾纏?
兩個氕原子(1,2)之間的相互作用,本質上是最外層的價電子(e₁,e₂)與核電荷(p₁,p₂)的矩陣交叉的6對互動電磁力的綜合效應:
F₁=(1/4πε₀)e₁e₂/rₑ₁ₑ₂²
F₂=(1/4πε₀)e₁p₁/rₑ₁ₚ₁²
F₃=(1/4πε₀)e₁p₂/rₑ₁ₚ₂²
F₄=(1/4πε₀)e₂p₁/rₑ₂ₚ₁²
F₅=(1/4πε₀)e₂p₂/rₑ₂ₚ₂²
F₆=(1/4πε₀)p₁p₂/rₚ₁ₚ₂²
這六個互動力可寫成原子間的綜合糾纏力:
F(qₙ,qₘ)=ξ·(1/4πε₀)Σqₙqₘrₙₘ/r³......(3)
式中,rₙₘ是兩電荷間互動的基矢。ξ是綜合效應的實驗系數,隻能由實驗測得。
思考1:在庫侖力的解析式中,為什麼核電荷與電子電荷之間是平權關系?
思考2:兩個原子間的糾纏,究竟有沒有傳遞信息?信息的本質不是之間的場效應麼?
4.為什麼兩個電子會糾纏?
原子内部的兩個核外電子(1,2)構成二體系統,因核電荷強制性束縛,不得不以負電荷方式進行符合泡利不相容原則的糾纏:
F₁₂=(1/4πε₀)e²/r₁₂²......(4)
其中r₁₂是兩電子間距。
兩個自由電子的二體系統,因不受核電荷的束縛,根據最小作用量原則,為了保證二體系統最小勢能,遵循異電相吸法則,必有一個電子颠倒自旋軸的正負極,變成正電子。
注意,正電子不過是颠倒正負極的負電子,并不是反自旋的反電子,反物質假設不成立。不難想象,如何僅靠一個反向磁場,迫使一個電子逆向自旋,比粉碎這個電子難上加難。
因此,在電子槍分發兩個電子之後,可利用正負極互反,判斷另一個電子的軸向分布。
5.為什麼兩個光子會糾纏?
光子是什麼?這裡有兩個解釋。
定義1:光電效應模式下的光子
根據實驗教程測定普朗克常數,可以認為:把光電效應實驗中電子動能增量與輻射能增量的比例常數叫普朗克常數:
因,½m₀△v²=h△f......(5)
有,h=½m₀△v²/△f......(6)
設,基态電子速度v₀激發基态頻率(f₀)光子
即:½m₀v₀²=hf₀......(7)(基頻光子)
設,光電子速度v*激發臨界頻率(f*)光子
有:½m₀v*²=hf*......(8)(臨頻光子)
這就有了光電效應模式的光子。不過,這種純能量的虛光子是無法解釋光子糾纏的。
定義2:湮滅反應模式下的光子
湮滅反應,特指兩個光電子分别被導入互反磁場中成為正負電子并加速到準光速(≈c)然後使它們對撞,急遽膨脹為正負光子:
e↑+e↓+2×½m₀c²→γ↑+γ↓+2hf......(9)
分析湮滅方程左右兩側,有以下幾個守恒
①質量守恒:2e(2m₀)→2γ(2m₀)......(10)
規定1:電子質量≡光子質量,電子的半徑膨脹100倍變成光子,體積膨脹100萬倍。光子的質量密度隻有電子的10⁻⁶,
②内能守恒:2e(m₀c²)→2γ(m₀c²)......(11)
規定2:電子内能≡光子内能,内能是構造粒子的固有能量,可以從電子質量平移為光子質量。内能
③動能守恒:2×½m₀c²→2hf......(12)
規定3:電子動能≡光子輻射能,湮滅後,電子【進動能】轉換為光子【波動能】。其物理本質是:電子進動(切向運動)沖壓真空場,大量場量子(或光子)有急遽波動推湧。
考慮光電效應,電子加速進動,沖壓電子前方的真空場,光子之加劇波動(頻率增量),表現為電磁輻射能。表明有兩種糾纏:電子與光子有糾纏,光子與光子有糾纏。
④電量守恒:2e(2e)→2γ(2e)......(13)
規定4:電子電量≡光子電量,電子湮滅後變成光子,電子自旋電荷變成光子自旋電荷。由于電子半徑至少為10⁻¹⁹米,而光子的極限半徑至少10⁻¹⁷米,光子電荷體密度僅不足電子的百萬分之一,似乎不顯荷性,其實不然。
正因為光子也有荷性,才使得真空場中的相鄰光子以光速相互推湧,表現為電磁波或光波。該光束中的任意兩個光子,無論相距多遠,看起來都表現為共時性或超距性的糾纏。
但根據麥克斯韋方程(c=1/√ε₀μ₀),光子之間的糾纏速度依然是光速,所謂糾纏超光速與不傳遞信息之類的說法,都是純數學的虛構。
6. 能量的概念與分類
就物質存在形式的動機而言,能量可分為兩大類型:自身組織的結構能(U₀)或内能(Ep₀);環境影響的進動能(Ek)或輻射能(Eγ)。
6.1 以電子為例,尋找固有勢能
電子是最小尺度(r₀≈10⁻¹⁹米)的最穩定的最高質密的最大能密的實粒子。為什麼電子自組織具有“最結實”的存在形式呢?
理論上,這是由于電子以最高的光速自旋成球,具有最大荷密度的向心力。可以按牛頓第二定律寫成:
F₀=m₀a₀=m₀c²/r₀......(14)
由于電子的半徑極小,尤其電子内空間是純淨的真空場,可以認為電子内部從其質心到邊界的能量分布是均勻而連續分布的,其自旋角動能(ε₀)可以按下面的積分式表示:
按定義:ε₀=F₀·r......(15)
有:ε₀=∫₀ʳ⁰ (m₀c²/r₀) dr......(16)
即:ε₀=m₀c²(1/r₀)·r|₀ʳ⁰......(17)
即:ε₀=m₀c²......(18)
方程(18)就是電子自組織的自旋勢能或固有内能,與電子質量常數是等效的互為表述:
即:m₀=ε₀/c²=0.511MeV/c²......(19)
6.2 為不失一般性,确定固有勢能通式
根據湮滅方程(9)與(10),可以假定:
真空場量子(或光子或引力子)的基底質量為m₀,實粒子或任何實體的質量(m),可以折換成電子的質量當量(nm₀),即
m=nm₀......(20)
其中,n是實體所含當量電子的量子數,也是場效應光子的量子數。
則,物态獲得自組織的固有勢能(U₀):
有:U₀=nε₀=nm₀c²......(21)
即:U₀=mc²......(22)
方程(22)就是基于固有勢能的質能方程,與愛因斯坦基于洛倫茲變換因子的質能方程的物理邏輯是截然不同的,雖然形式上完全一樣。
6.3 原子自組織的固有勢能
為什麼若幹電子與原子核之亞原子可以自組織為一個原子系統呢?原子自組織得以成型的能量來源是什麼呢?
這個能源就是電子自旋的固有勢能(ε₀)。這個麼電子自旋的固有勢能,又源于什麼呢?
筆者認為,電子自旋的固有勢能,來自真空場波動震蕩或大量場量子集群在空間分布的不均衡性。運動是物質存在的方式。
如果場量子或光子密度高達某個阈值,就會變成一個電子。反之,如果電子所在真空場足夠低溫或足夠低壓,電子也會因熵增加原則消弭為或漸漸湮滅為場量子。例如,深太空的等離子态粒子分布極少或沒有就是例證,即:
自由電子↹場量子,e↹γ......(23)
現在,再回到原子的自組織能源問題。我們還是以最基本的最簡單的氕原子為例。
氕原子有各1個的核外電子(e⁻)與核電荷(p⁺)構成。由于e⁻與p⁺兩個電荷的荷性是平權關系。
質子電荷的本質可以認為是在質子邊界層以光速震蕩的高能正電子(e⁺),氕原子可以看成是正負電子構成的二體系統。
電子各有自旋向心力(F₀)、固有勢能(ε₀)、固有的磁偶極矩(μ₀)、固有的基本電荷(e)。
當正負電子的距離達到原子半徑的阈值,其電磁引力就大到夠成原子的自組織能力。
F₀₁×F₀₂→F₁₂=(1/4πε₀)e⁺e⁻/r₁₂²......(24)
有:κ(m₀c²)²/r₁₂²=(1/4πε₀)e²/r₁₂²......(25)
其中,κ是兩個電子自旋擾動真空場的疊加效應系數,簡稱場效應系數,是電荷的相互作用是通過激發真空場介質的電磁輻射傳播給對方電荷,這可以是庫侖定律的内在機制。
κ=(1/4πε₀)e²/(m₀c²)²......(26)
=9×10⁹×2.56×10⁻³⁸÷(8.2×10⁻¹⁴)²
=3.4×10⁻²
表明:電磁力≈3%強核力或電子互動力
我們可以把氕原子内部兩個電荷之間的電磁力,稱作原子自組織的基态電勢能(U₀)
按定義:U₀=F₁₂·r......(27)
有:U₀=(1/4πε₀)e²∫₀ʳ⁰/r₀²dr......(28)
則:U₀=(1/4πε₀)e²/r₀......(29)
其中,r₀可以是基态電子的震蕩半徑。
顯然,電荷之間的相互作用也叫電子糾纏,其糾纏也需要能量,糾纏速度是真空光速,不存在超光速與不傳遞信息之類的假說。
6.5 進動能與輻射能的深度解讀
動能(Ek),其實是實體做切向運動或測地線循環的旋進能或進動能(½mv²),即
Ek=½mv²=½nm₀v²......(30)
動能的本質,是電子伴随實體以切向速度v對真空場沖壓激發電磁輻射的場效應能:
Ek=½nm₀v²=ζn·hc/λ......(31)
式(31)可以理解為廣義的光電效應方程,ζ是實體進動激發電磁波的場效應系數。
ζ=(½m₀/hc)v²λ......(32)
場效應系數表明,實體的運動速度平方與所激發的電磁波波長有劇烈的反相關。隻要速度稍有變化,電磁輻射就會急遽變化。
或者說,電磁波必須足夠高的頻率,才能迫使實體粒子有比較明顯的變化。
這也可以解釋,光電子的生産,隻取決于照射頻率,而與照射劑量無關。
有話要說...