量子纠缠,相信很多人都听说过,两个处于纠缠态的微观粒子,不管相距多远,都能瞬间感应到彼此。这种诡异的现象连爱因斯坦都无法理解,被他称之为“鬼魅般的超距作用”。
量子纠缠堪称量子力学中最疯狂,最荒谬,最奇怪的现象,它是从量子力学的方程中推导出来的。两个或多个粒子发生相互作用之后,单个粒子拥有的属性会表现为整体属性,也就无法表现为单个粒子的属性,只能描述整体系统的属性。
处于纠缠中的两个粒子能瞬间感应到彼此,速度远超光速,爱因斯坦并不认可量子纠缠的诡异行为,他认为量子力学背后一定还存在未被发现的隐变量,这个隐变量导致了量子力学的不完备,具体表现就是像量子纠缠这样看起来很诡异的现象。
但另一位物理学界大佬波尔并不赞同爱因斯坦的观点,他认为量子纠缠等现象是量子世界的基本现象,本质上还是不确定性的直接体现,并不存在什么隐变量才导致了量子纠缠。
于是爱因斯坦和波尔开始了长达数年的争论,目前来看,波尔占据了上风,爱因斯坦更像是错误的一方。
量子纠缠到底有多诡异?并不在于处于纠缠中的量子能瞬间感应到彼此,更在于纠缠中的量子状态必须是相反的。
比如说,电子的自旋。传统观念告诉我们,电子自旋方向要么顺时针,要么向逆时针。其实不然,对于单个电子来讲,它的自旋方向是不确定的,这种不确定性是电子的固有属性,准确来讲处于顺时针和逆时针的叠加态。
当我们想知道电子到底如此自旋的,只有通过观测,而当我们观测的一瞬间,电子就从自旋方向的“叠加态”坍缩为唯一状态,也就是要么顺时针,要么逆时针。
而如果另一个电子与这个电子处于纠缠状态,那么另一个电子的状态也会随着我们的观测立刻确定下来,并且保持与观测的电子相反的状态。
也就是说,如果观测的电子自旋的方向是顺时针,那么另一个电子的自旋方向就是逆时针。
两个电子之间没没有传递任何信息,而且相距足够远,它们是如何感应到彼此的状态从而发生相应改变的呢?
爱因斯坦提出了自己的观点,他认为纠缠中的两个电子就像一副手套的两只手套。把这两只手套放进两个密封的箱子里,不管这两个箱子相距多远,它们总保持着“一副手套”的关系,也就是处于“纠缠”中。
如果打开其中一个箱子,发现是左手套,那么另外一个箱子不用打开就知道是右手套了。
也就是说,两个箱子里的手套到底是左手套还是右手套,在当初装进箱子里时已经确定了,与我们的观测无关,我们的观测只是知道了到底是左手套还是右手套,仅此而已。
但波尔并不认同爱因斯坦的观点,他坚持认为是人类的观测造成了电子的不同状态。那么爱因斯坦和波尔到底谁对谁错呢?
事实上这个问题已经不仅仅是科学问题,也涉及到了哲学问题。因为不观测我们就不知道电子的状态,而一旦实施了观测我们就无法保证观测会影响到电子的状态。
就像爱因斯坦质问波尔“不看月亮时,它就不存在吗?”波尔给出的回答是“你不看月亮,怎么知道它就在那里呢?”波尔的回答看起来就是在诡辩,但从哲学上来讲,你无法反驳!
20世纪60年代,贝尔不等式的出现让爱因斯坦和波尔之间的辩论暂时画上了一个句号。
贝尔不等式是一个强有力的数学不等式,在我们的现实经典世界,这个不等式严格成立,两个粒子的相互关联性受到严格限制。
但是到了量子世界,贝尔不等式就不是严格成立了,某些情况下会出现超出“定域实在性”的限制,这表明量子力学的不确定性是正确的,所谓的隐变量是不成立的。
这意味着,波尔在和爱因斯坦的辩论中笑到了最后,起码目前看来是这样的。
那么既然这样,我们是否能够利用诡异的“量子纠缠”现象实现远距离瞬间传输呢,比如说让很多人梦寐以求的“瞬间移动”?
不少科幻电影里都有类似“瞬移”的镜头,比如说《星际迷航》利用瞬移技术把一个人从一个时空瞬间传送到另一个时空。
理论上确实是可行的,但难度很大。量子纠缠的“超光速”现象其实并没有传递任何信息,所以我们不能指望把一个人直接传送到遥远的另一个地方,那是不可能的。
但可以这样做。举个例子,制造出两个纠缠中的光子,比如说光子A和光子B。然后把光子B通过激光传送到数光年外的一颗星球上。
然后再制造出第三个光子C,让其与光子A发生相互作用,由于神奇的量子纠缠作用,光子B立刻就会转变为与光子C一模一样的光子,就相当于复制出了光子C。
本质上就相当于提取到了光子C的信息,然后重建光子C。就相当于光子C瞬间跨越了数光年的距离,来到一颗陌生的星球上。科学家通过这种方式也确实成功传送了数十个光子!
既然光子可以通过量子纠缠现象复制出来,那么由基本粒子组成的人体自然也可以做到,区别实在在于难度的大小。如果未来某天真的实现了这项技术,是否意味着我们能瞬移了呢?
这已经不仅仅是科学问题了,还涉及到伦理哲学上的问题,比如说:被复制出来的你是不是真的“你”,原来的你是不是在你复制的瞬间就消失了?
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