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量子力學三大量子糾纏詭異現象

圖文 更新时间:2024-11-28 04:44:19

如果用一個詞語形容量子力學,恐怕隻有用“詭異”兩字了。甚至連物理學家們都承認:沒有誰能真正懂得量子力學,可見量子力學到底有多麼恐怖,多麼不可思議。

而正是因為量子力學如此晦澀難懂,市面上某些人也動起了歪腦筋,利用量子力學這種前沿科技開始了“坑蒙拐騙”的勾當,宣稱什麼“量子波動速讀”,利用所謂的“量子糾纏”與人類大腦之間的互動,達到瞬間記憶書本内容的奇效。

量子力學三大量子糾纏詭異現象(詭異的量子糾纏)1

你别說,還真的有不少人上當受騙。也難怪,普通人很難去深入了解量子糾纏到底是怎麼回事,隻能聽某些人“瞎忽悠”,說量子糾纏和人類大腦心靈感應有關,甚至會說量子糾纏與靈魂息息相關。

量子糾纏,确實是量子力學中一個非常詭異的現象,也是真實存在的現象。現代科技中物理學家們也能夠利用量子糾纏現象為人類服務。

量子力學三大量子糾纏詭異現象(詭異的量子糾纏)2

​那麼量子糾纏到底是怎麼回事?為什麼說量子糾纏的速度遠超光速?我們可以利用量子糾纏進行瞬間移動嗎?

首先,量子力學的核心思想是“不确定性”(也有叫“測不準原理”),當然量子糾纏現象也是基于這個核心提出來的。

通俗來講,所謂不确定性,就是說我們無法同時測量出微觀粒子的位置和速度(動能),這種不确定性非常違反我們的日常生活認知。

量子力學三大量子糾纏詭異現象(詭異的量子糾纏)3

​​比如說一輛汽車在你身邊呼嘯而過,我們當然很容易計算出汽車在某個時間點的位置和速度,但在量子世界就行不通了。

所謂測量,我們隻能通過光線反射到眼睛裡才可以做到。比如說,我們想測量一個電子的位置和速度,就必須有光從電子反射到我們的眼睛裡,不管是我們直接觀看還是通過高科技儀器觀看,總之,必須有光反射到我們眼睛裡。

不過由于微觀粒子質量很小,比如說電子,很容易因光子照射受到幹擾。理論上講,我們要想測量一個電子的精确位置,需要用波長較短的波。但波長較短的波,攜帶的能量就較大,對電子的幹擾就更大,就很難測量出電子的速度。

同樣地,如果我們想測量一個電子精确的速度,需要用到波長較長的波,但又會因為波長較長,電子的位置就很難測量的精确。

量子力學三大量子糾纏詭異現象(詭異的量子糾纏)4

​​這就比較尴尬了,就像“魚和熊掌不可兼得”一樣,為了獲取一個微觀粒子的精确位置(速度),我們就必須舍棄速度(位置)的精确性。

但這在現實宏觀世界就不是問題了。還拿上面說的汽車舉例子,由于汽車與光子的質量相差太大,無論是波長波段的光對汽車的影響完全可以忽略不計,所以我們很容易測量出汽車的位置和速度。

這就是不确定性,微觀世界的粒子隻能用概率來描述,有一個專有名詞來描述這個概率:波函數。當我們觀測某個微粒時,波函數就會坍縮,成為精确的粒子。

說白了,在我們沒有觀測時,微觀粒子的狀态是非常模糊的,而一旦實施觀測,粒子的狀态就确定下來了。也就是說,我們的觀測直接影響到粒子的狀态。

這種現象放在宏觀世界太詭異了。而愛因斯坦也有“不看月亮時,它就不存在嗎?”來質疑以波爾為首的“哥本哈根學派”的不确定性。愛因斯坦薛定谔等科學家認為,量子力學背後還隐藏着更多不為我們所知的奧秘,不能簡單用“不确定性”來解釋量子世界的詭異。

量子力學三大量子糾纏詭異現象(詭異的量子糾纏)5

​​其中一個著名的思想實驗:薛定谔的貓,就是薛定谔用來諷刺波爾提出的不确定性理論的思想實驗。用一個“既死又活”的貓赤裸裸地諷刺(這裡不再詳述薛定谔的貓)。

基于不确定性原理,哥本哈​哥​學派還提出了詭異的量子糾纏現象,被愛因斯坦稱之為“鬼魅般的超距作用”,量子糾纏的速度遠超光速,甚至能超過10000倍,顯然這與愛因斯坦的相對論中的光速現象相矛盾。

舉個現實中通俗的例子。有一副手套分别裝在兩個袋子裡,無論這兩隻手套相距多遠,哪怕分别位于宇宙的兩端,隻要我們打開其中一隻手套,發現是左手套,那麼另外一隻手套肯定是右手套,我們瞬間就能知道“右手套”的信息。

這雙手套就像是糾纏中的微觀粒子,能瞬間感應彼此。并且“約定”好了:你是左,我就是右。

按照量子力學的不确定性來诠釋,就很難說通,在沒有打開袋子之前,兩隻手套的狀态一直處在模糊的疊加狀态中,也就是說一個袋子中既可能是左手套,也可能是右手套。顯然,這是不可能的,在裝入袋子之後,即使我們沒有觀測,袋子裡手套的狀态就已經确定了。

而波爾的解釋是這樣的:兩隻手套在裝入袋的瞬間,它們的狀态就已經“坍縮”并确定下來,之後的打開觀測并沒有任何影響。他認為這種思想實驗是不成立的。

量子力學三大量子糾纏詭異現象(詭異的量子糾纏)6

​​以波爾和愛因斯坦為首的兩個學派之間的争辯一直持續了很多年。在上世紀六十年代,貝爾做了一個實驗,證明糾纏中的光子“相互溝通”的速度确實遠超光速,而且還快很多。隻有又有很多科學家做了類似的實驗,結果都證明量子糾纏确實真實存在。

速度遠超光速?難道愛因斯坦的相對論被推翻了。

非也,雖然量子糾纏的速度遠超光速,但彼此糾纏的粒子之間并沒有傳遞任何信息,糾纏中的粒子是一個整體,表現出來的是整體性,單獨測量一個肯定會影響另一個粒子的狀态。由于沒有信息傳遞,我們當然不能用量子糾纏傳遞任何信息了,更不能用量子糾纏現象來進行瞬間移動了。

而我們正在大力發展的量子通訊,其實并不是“超光速傳遞信息”,隻是利用量子糾纏現象進行“加密”。由于微觀粒子的不确定性,科學家們利用糾纏中的粒子生成密碼,這種密碼是随機的,不可能被破解。

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​​而且就算是有人試圖破解密碼,肯定會對糾纏中的粒子造成影響,于是糾纏中的粒子立刻“坍縮”,這種改變會立刻被​監測​​到​:有人試圖破解密碼!

所以說,雖然量子糾纏非常詭異,但這種現象并沒有違反愛因斯坦的相對論,我們并不能利用量子糾纏來進行任何超光速工作。

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​​量子力學和相對論是現代物理學大廈的兩大基石,我們通常所說的“量子力學與相對不協調”指的是量子力學與廣義相對論不協調,前者強調時空并不是連續的,後者恰恰相反。而量子力學與狹義相對論并沒有什麼矛盾!

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