量子力学三大量子纠缠诡异现象(诡异的量子纠缠)

如果用一个词语形容量子力学,恐怕只有用“诡异”两字了。甚至连物理学家们都承认:没有谁能真正懂得量子力学,可见量子力学到底有多么恐怖,多么不可思议。

而正是因为量子力学如此晦涩难懂,市面上某些人也动起了歪脑筋,利用量子力学这种前沿科技开始了“坑蒙拐骗”的勾当,宣称什么“量子波动速读”,利用所谓的“量子纠缠”与人类大脑之间的互动,达到瞬间记忆书本内容的奇效。

量子力学三大量子纠缠诡异现象(诡异的量子纠缠)(1)

你别说,还真的有不少人上当受骗。也难怪,普通人很难去深入了解量子纠缠到底是怎么回事,只能听某些人“瞎忽悠”,说量子纠缠和人类大脑心灵感应有关,甚至会说量子纠缠与灵魂息息相关。

量子纠缠,确实是量子力学中一个非常诡异的现象,也是真实存在的现象。现代科技中物理学家们也能够利用量子纠缠现象为人类服务。

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​那么量子纠缠到底是怎么回事?为什么说量子纠缠的速度远超光速?我们可以利用量子纠缠进行瞬间移动吗?

首先,量子力学的核心思想是“不确定性”(也有叫“测不准原理”),当然量子纠缠现象也是基于这个核心提出来的。

通俗来讲,所谓不确定性,就是说我们无法同时测量出微观粒子的位置和速度(动能),这种不确定性非常违反我们的日常生活认知。

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​​比如说一辆汽车在你身边呼啸而过,我们当然很容易计算出汽车在某个时间点的位置和速度,但在量子世界就行不通了。

所谓测量,我们只能通过光线反射到眼睛里才可以做到。比如说,我们想测量一个电子的位置和速度,就必须有光从电子反射到我们的眼睛里,不管是我们直接观看还是通过高科技仪器观看,总之,必须有光反射到我们眼睛里。

不过由于微观粒子质量很小,比如说电子,很容易因光子照射受到干扰。理论上讲,我们要想测量一个电子的精确位置,需要用波长较短的波。但波长较短的波,携带的能量就较大,对电子的干扰就更大,就很难测量出电子的速度。

同样地,如果我们想测量一个电子精确的速度,需要用到波长较长的波,但又会因为波长较长,电子的位置就很难测量的精确。

量子力学三大量子纠缠诡异现象(诡异的量子纠缠)(4)

​​这就比较尴尬了,就像“鱼和熊掌不可兼得”一样,为了获取一个微观粒子的精确位置(速度),我们就必须舍弃速度(位置)的精确性。

但这在现实宏观世界就不是问题了。还拿上面说的汽车举例子,由于汽车与光子的质量相差太大,无论是波长波段的光对汽车的影响完全可以忽略不计,所以我们很容易测量出汽车的位置和速度。

这就是不确定性,微观世界的粒子只能用概率来描述,有一个专有名词来描述这个概率:波函数。当我们观测某个微粒时,波函数就会坍缩,成为精确的粒子。

说白了,在我们没有观测时,微观粒子的状态是非常模糊的,而一旦实施观测,粒子的状态就确定下来了。也就是说,我们的观测直接影响到粒子的状态。

这种现象放在宏观世界太诡异了。而爱因斯坦也有“不看月亮时,它就不存在吗?”来质疑以波尔为首的“哥本哈根学派”的不确定性。爱因斯坦薛定谔等科学家认为,量子力学背后还隐藏着更多不为我们所知的奥秘,不能简单用“不确定性”来解释量子世界的诡异。

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​​其中一个著名的思想实验:薛定谔的猫,就是薛定谔用来讽刺波尔提出的不确定性理论的思想实验。用一个“既死又活”的猫赤裸裸地讽刺(这里不再详述薛定谔的猫)。

基于不确定性原理,哥本哈​哥​学派还提出了诡异的量子纠缠现象,被爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”,量子纠缠的速度远超光速,甚至能超过10000倍,显然这与爱因斯坦的相对论中的光速现象相矛盾。

举个现实中通俗的例子。有一副手套分别装在两个袋子里,无论这两只手套相距多远,哪怕分别位于宇宙的两端,只要我们打开其中一只手套,发现是左手套,那么另外一只手套肯定是右手套,我们瞬间就能知道“右手套”的信息。

这双手套就像是纠缠中的微观粒子,能瞬间感应彼此。并且“约定”好了:你是左,我就是右。

按照量子力学的不确定性来诠释,就很难说通,在没有打开袋子之前,两只手套的状态一直处在模糊的叠加状态中,也就是说一个袋子中既可能是左手套,也可能是右手套。显然,这是不可能的,在装入袋子之后,即使我们没有观测,袋子里手套的状态就已经确定了。

而波尔的解释是这样的:两只手套在装入袋的瞬间,它们的状态就已经“坍缩”并确定下来,之后的打开观测并没有任何影响。他认为这种思想实验是不成立的。

量子力学三大量子纠缠诡异现象(诡异的量子纠缠)(6)

​​以波尔和爱因斯坦为首的两个学派之间的争辩一直持续了很多年。在上世纪六十年代,贝尔做了一个实验,证明纠缠中的光子“相互沟通”的速度确实远超光速,而且还快很多。只有又有很多科学家做了类似的实验,结果都证明量子纠缠确实真实存在。

速度远超光速?难道爱因斯坦的相对论被推翻了。

非也,虽然量子纠缠的速度远超光速,但彼此纠缠的粒子之间并没有传递任何信息,纠缠中的粒子是一个整体,表现出来的是整体性,单独测量一个肯定会影响另一个粒子的状态。由于没有信息传递,我们当然不能用量子纠缠传递任何信息了,更不能用量子纠缠现象来进行瞬间移动了。

而我们正在大力发展的量子通讯,其实并不是“超光速传递信息”,只是利用量子纠缠现象进行“加密”。由于微观粒子的不确定性,科学家们利用纠缠中的粒子生成密码,这种密码是随机的,不可能被破解。

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​​而且就算是有人试图破解密码,肯定会对纠缠中的粒子造成影响,于是纠缠中的粒子立刻“坍缩”,这种改变会立刻被​监测​​到​:有人试图破解密码!

所以说,虽然量子纠缠非常诡异,但这种现象并没有违反爱因斯坦的相对论,我们并不能利用量子纠缠来进行任何超光速工作。

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​​量子力学和相对论是现代物理学大厦的两大基石,我们通常所说的“量子力学与相对不协调”指的是量子力学与广义相对论不协调,前者强调时空并不是连续的,后者恰恰相反。而量子力学与狭义相对论并没有什么矛盾!

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