量子为什么会纠缠,本质原因是什么?
量子纠缠现象大师们都很难说明白。
量子纠缠是量子系统的一种现象,理论很复杂,要说清楚很难。对于量子世界的奇异特性,不但我们瓜民们如雾里看花,就是物理学大师们也有不同看法。为了弄清这些问题,上世纪一些物理学、量子力学大师们曾经有过一次剧烈的争论,代表人物都是量子力学的鼻祖。
以爱因斯坦为首的经典物理学派认为,量子力学里面的一些无法预测的“诡异”现象,如量子纠缠“鬼魅般的超距作用”,主要是其理论尚不完备,有一些深层次隐性规律还没有被人们所认识,他把这种规律称为隐变量,只要找到这些隐变量,这些现象就不诡异了,就可以预测了。爱因斯坦的口头禅是“上帝不会掷骰子”,支持他的有薛定谔、贝尔等。
争论的对方叫“哥本哈根派”,其代表人物有波尔、波恩、海森堡等,他们的理论被称为“哥本哈根诠释”。核心是坚持观测事实,认为粒子的波粒二象性、不确定性原理、波函数塌缩、量子纠缠等奇异特性,是量子世界的固有特性。它们更像是“别去管上帝能做什么”,似乎“上帝真的在掷骰子”。
最终哥本哈根诠释胜出。
一直到爱因斯坦、波尔等大师们都到天堂去了,争论依然没有结果。他们在天堂是不是还在争论我们也不知道,因为“量子纠缠”本身不携带信息,我们无法知晓变成量子的爱因斯坦们在干什么。倒是曾经支持爱因斯坦隐变量理论的约翰·斯图尔特·贝尔,一直孜孜不倦地想证实爱因斯坦正确,他提出了一个逻辑严密的数学不等式,只要这个不等式成立,爱因斯坦就胜出。
但结果令他失望,反复的实验,不等式都不成立。后来又有许多科学家验证了这个不等式,确切地证实了这个不等式不成立,从而判定爱因斯坦所主张的隐变量不存在,支持了哥本哈根派,哥本哈根诠释完美胜出。
这个结果传到依然在天堂争论的爱因斯坦和波尔们那里,不知他们作何感想,是不是会偃旗息鼓呢?
这个结果说明,量子力学里的量子纠缠、测不准定律、波函数坍缩确实在微观领域存在,但为什么存在呢?没人知道,因此量子纠缠的本质到底是什么,为什么会纠缠,没有一个完美的理论解释。
那么何谓量子纠缠呢?
这是量子力学里面描述粒子特性的一个概念,说的是当几个粒子在一起相互作用后,其原来各自的特性就会消失,而综合成整体性质,人们无法将这些粒子区分单独描述某个粒子性质,只能够描述整体系统的性质。
即便把这些粒子分开到很远距离,它们的这种性质依然存在。理论上认为量子纠缠距离可以达到任意远,最诡异的就是,根据不确定性原理,测量粒子会让粒子运动发生改变,这种改变会瞬间传递到任意距离纠缠着的粒子,让其运动同时改变。
如A和B一对纠缠着的粒子,它们的纠缠状态是一个为左旋,一个为右旋,把它们分开放在距离很远的两地,只要测量A粒子,其运动发生改变成为右旋,那个在远方B粒子一定会变为左旋;而测量B粒子,则A粒子同样会发生改变。
我国2016年发射的墨子号量子科学实验卫星,证实了处于纠缠态的两个光子,分开1200km距离后依然保持这种性质。2019年7月12日,英国格拉斯哥大学的科学家们,首次拍摄到量子纠缠的照片(上图),这项成果以《贝尔非局域相互作用的成像》论文发表在《科学进展》学术期刊上。
怎么理解量子纠缠?
量子纠缠的“诡秘”特性让人们产生了许多猜测,甚至引起了一些神鬼玄学迷信群体的兴奋,认为最微小的粒子都有意识,所以才会有超距作用。但主流科学界认为,量子纠缠就是粒子世界的固有特性,是一种客观存在,并非有什么意识。
科学界现在对量子纠缠这种现象的机理还没有弄清,但主流理论认为,量子纠缠至少有三个基本特征:一是这种现象只存在于量子世界,不会在宏观世界出现;二是量子纠缠不传递能量和信息,因此不违背光速藩篱;三是超距作用无限远永远也无法证实。
如何理解量子纠缠现象只出现在量子世界?就是在宏观世界从来也没有这种现象,遵循的是经典物理学理论,包括爱因斯坦相对论和牛顿力学等。这也说明利用这个理论实现超距传输是不可能的。在一些科幻作品和一些人想象中,老幻想着利用量子纠缠这种特点,将一只猫或者一个人或者一艘飞船,瞬时传递到光年以外,这些都不属于量子纠缠理论范畴。
那么既然量子纠缠具有超距作用,为什么不携带信息和能量呢?这里我们可以用一个更通俗的比喻来理解:有两姐妹分居两地,姐姐生了一个孩子,妹妹自然升级为小姨了,这种变化是瞬间的,不管她们距离多远,也不管她们愿不愿意,都会自然地发生这种变化。
但妹妹在接到传递的信息前,并不知道发生了这种变化,而姐姐把这个信息传递给姐姐,就要使用宏观信息传递手段了,传递最快的速度就是光速,打个电话,电磁波就传给了妹妹了。
为什么无法验证量子纠缠超距作用无限远呢?这是因为人类永远也无法将一个被纠缠着的粒子传送到无限远,现在人类的飞行器连1光年半径的太阳系都出不了,何况无限远?比如前面说的那姐妹分开的问题,她们就像需要分开纠缠着的两个粒子,要分开多远,就要用宏观的方式移动,无论是坐火车还是坐飞机做宇宙飞船,把姐姐或者妹妹送到无限远是做不到的,即便光速也做不到。
因此量子纠缠传播无限远,理论上可以做到,因为两姐妹不管分开多远,姐姐生了孩子,妹妹都会自动升级,但在实践中永远无法证实。
这种比喻不够严谨准确,只是为了帮助大家通俗理解量子纠缠虽然有超距作用,但并不传递信息和能量。不当之处,欢迎纠正和拍砖。
量子通讯不是用量子纠缠速度通讯。
现在量子通讯常常被一些人误认为信息传输比光速还快,可以做到无延时通讯,这种理解是错误的。现在潘建伟等科学家正在研究的量子通讯,主要是通过量子纠缠分发和隐形传输,利用量子不确定性原理、波函数坍塌原理等,让通讯更快、更保密而已。
这个传输速度更快不是传播速度超过光速这种速度,而是每秒钟传输的数据量更大,如每秒可传递5G流量;保密是指密匙不可克隆,且通讯不可监听。
因此,从量子纠缠的这些基本特性,我们可以了解到,量子是没有什么意识可言的,未来也不可能通过这个理论来实现超距即时能量和信息的传输,更不可能实现任何物体或人类的瞬时转移。但随着人们对量子力学研究的深入,对这个世界的本质认识会越来越深刻,从而推动整个人类文明的进程。
大家都在看
-
## 浩瀚宇宙,我们能知道多少?一场幽默的宇宙探索之旅 朋友们!你们有没有想过,我们生活的这个宇宙到底有多大?是不是觉得自己的脑袋都快想破了?别急,今天我们就来一场幽默的宇宙探索之旅,看看在这浩瀚的宇宙中,我们到底能知道多少。首先,让我们来聊聊宇宙的起源。 ... 宇宙探索12-22
-
宇宙的无尽旅程:你敢想象尽头在何方吗? ## 描述你是否曾想过,宇宙的边界到底在哪里?是无尽的星辰还是某个神秘的终点?今天,我们就来聊聊这个迷人的话题,带你一起探寻宇宙的尽头!---你有没有想过,浩瀚的宇宙,有没有一个尽头?这是一个古老而又激动人 ... 宇宙探索12-22
-
虚拟现实与宇宙探索:人工智能打造的沉浸式星际之旅 在科技飞速发展的时代,虚拟现实和人工智能携手为人类开启了一扇通向宇宙深处的奇幻之门,打造出前所未有的沉浸式星际之旅。虚拟现实技术让我们得以身临其境地感受宇宙的浩瀚与神秘。以往,我们只能通过书籍、图片和 ... 宇宙探索12-22
-
宇宙探索:奇异的星系怪物 大伙儿有没有想过,咱们平常抬头看看天上的星星,那可都是宇宙中的"明星"啊!今儿个我跟大家聊聊那些在宇宙中长得奇奇怪怪的星系,说出来你可能不信,有的像两只老鼠咬耳朵,有的活脱脱一个大海星,还有的就跟个大 ... 宇宙探索12-22
-
天文观测的艺术:如何用望远镜探索宇宙 在浩瀚无垠的宇宙中,星星如同无数的故事,等待着我们去探索和解读。天文观测不仅是科学研究的基础,更是一门艺术,它将人类的好奇心与宇宙的奥秘结合在一起。通过望远镜,我们能够揭开宇宙的神秘面纱,探索遥远星系 ... 宇宙探索12-21
-
宇宙究竟存不存在尽头呢?如果有尽头之外又有什么呢? 随着人类科学技术水平的不断提高,人类对宇宙的认识也在不断深入。在人类一步步靠近宇宙的时候,却发现每走一步都会产生无数的疑问,世间万物都有它的尽头,所以人们猜想宇宙也有自己的尽头。然而,人类渺小得如同井 ... 宇宙探索12-21
-
探索宇宙的起源与终结 宇宙的起源大爆炸理论:宇宙大爆炸理论是目前科学界广泛接受的宇宙起源理论。该理论认为,宇宙起源于一个极其高温、高密度的奇点,这个奇点发生了剧烈的爆炸,从而产生了宇宙。大爆炸的瞬间,时间和空间被同时启动, ... 宇宙探索12-21
-
为什么人类要不停地探索外太空? 或许从古猿仰望星空的那一刻开始,人类就对那遥远的宇宙产生了天然的探索欲。无论是艺术创作、影视作品或是航天科技的发展,自古以来,我们对于宇宙的向往与想象从未停止过……但,人类为什么要不停地探索外太空呢? ... 宇宙探索12-21
-
宇宙五大未解谜团:每一个答案都可能改变世界 人类是地球上已知的唯一拥有高级智慧的物种,凭借着这一独特的优势,人类短短数百万年的时间,就演化出了如今的现代文明。站在了地球食物链的顶端。然而高级智慧带来科技发达的同时,也给我们带来了其他物种没有的困 ... 宇宙探索12-20
-
宇宙探索新成果:月球形成时间确定为45.1亿年 月球45.1亿年前形成的理论是通过多种证据和分析综合得出的。首先,科学界普遍认为月球是在早期地球与一个火星大小的原行星相撞后形成的,这次撞击被称为“大碰撞事件”。该事件发生时间的估算,是基于对月球岩石样品 ... 宇宙探索12-20
相关文章
- 宇宙探索新成果:月球形成时间确定为45.1亿年
- 【探索宇宙】2024年中国航天新亮点!卫星互联网建造拉开大幕→
- 人类最接近外星生命的一次!木卫二冰层下的地下海洋可能存...
- 9小时出舱活动刷新中国和世界纪录,航天员如何在太空中生存?
- 美国宇航局 宇宙新发现:“花环” 恒星圈与 “圣诞树簇” 的奥秘探索
- 那为什么太空是黑的呢?太阳却照亮地球
- 穿越星际的冒险:探索宇宙机器人游戏的无限可能
- 红外空间天文台:宇宙探索的璀璨明珠
- 探索宇宙奥秘,地下700米的国之大器进入最后关键节点
- 飞船到达240亿公里深空,发现一个残酷现实,人类被困在太阳系?
- 探索多维宇宙:超越时空的奇妙之旅 #平行
- 探索宇宙的奥秘:黑洞与引力波--天文学的两大奇迹
- 震惊!宇宙万亿星系探索,人类或成唯一智慧生命
- 廖渊:以水墨探索时间与宇宙
- 中国航天:勇攀高峰,探索宇宙奧秘
- 小愿望·大梦想
- 易经最终的目的:探索宇宙真理与人生智慧
- 探索宇宙奥秘,牛顿的思考启迪未来!🚀🌌
- 科学梦想还是资源浪费?杨振宁与王贻芳如何看待对撞机计划
- 宇宙深处的人工智能生命探索假想
热门阅读
-
预言2030年太阳将休眠,恐怖的千年极寒将来临 07-11
-
中国十大元帅之死,多高寿而善终(林彪叛逃而死) 07-11
-
因果报应真实事例,做尽坏事必遭天谴 07-11
-
全球人口减少可能带来的六大教训和好处 07-18
-
离太阳最近的十大恒星排名,宇宙最大十大星球 04-12