当光子双缝实验展现举世皆惊的结果,量子纠缠渐渐浮于水面。
就让我们循着科学探索的足迹,一同揭开量子纠缠的神秘面纱,回溯它从理论猜想走向实证研究的前世今生。
一、光的波粒二象性
光子是波、是粒,还是波粒二象?
大家决定,用一个简单的实验来做个了断:双缝干涉。
双缝,顾名思义,就是在一块隔板上开两条缝。用一个发射光子的机枪对着双缝点射,从缝中漏过去的光子打在缝后面的屏上,就会留下一个个小光点,代表每个光子的位置。
我们很简单的预知:
第一种可能:如果光子是粒子,那么发射出的粒子会被屏幕挡住,穿过缝隙的粒子会在屏幕上留下两条杠;
第二种可能:相反如果光子是波,那么屏幕会留下如同斑马线的一道道条纹。
实验结果如下,标准的斑马线,证明光子是以波的形式存在?
为了记录光子的运动轨迹,科学家们在隔板后的一左一右放置了摄像头,诡异的事情发生了,屏幕上的图案,不知什么时候,悄悄变成了两道杠,原来的干涉条纹消失啦!
而且若中途有摄像头摄影,只到最后关头撤走摄像机,仍然出现了斑马线。
反之只在最后关头摆上摄像机,屏幕上仍旧出现两道杠。
这是否说明,当下的摄像头状态,会改变过去光子的运动路径。
光子呈现出惊人的波粒二象性。
玻尔的哥本哈根解释:“没有观测时,光子是混沌中的叠加态;观测的一瞬间,光子就变成单一的确定态。”这被称为坍缩。
二、量子叠加态
“态叠加”、“测不准”、“观察者”?违和感实在太强,大家如何去理解。
薛定谔于是做了一个养猫实验,在一个黑盒子里放足够小猫活10天的食物,以及一个随时可能衰变杀死小猫的原子。
那么10天后,不打开这个盒子,便不知道小猫的死活状态;这就是著名的实验——薛定谔的猫。
大家可否理解,即在不打开这个盒子的情况下,小猫的状态是一个生死的叠加态;
打开盒子之后,小猫只展现一种状态,其他可能性进行坍缩,叠加态不复存在。
薛老师的猫,本意是想让玻尔下不了台;万万没想到,结果却引发了唯心唯物注意的大辩论。哲学家们突然发现,终于有机会以专家的身份,来对科学界说三道四了。
这是否说明,当下这个状态可以影响过去和未来,每一个当下会坍缩成一个状态,同时未知的一切都是充满无数种可能的叠加态?
三、超距作用
爱因斯坦相对论认为,事物的联系或改变需要媒介,这称为局域性。
这强调了物质的实在性。比如我要与城市之外的朋友通个电话,则需要借助电话与无线信号的媒介。
性感的量子纠缠对此发起了挑战。因为A、B两个粒子的命运紧密相连,牵一发而动全身。
就好比:母亲把一双鞋分给兄弟俩,他们各带一只远走他乡。中国的哥哥打开盒子发现是左脚,就知道弟弟带到美国的另一只一定是右脚。
根据量子力学的说法,弟弟那只鞋是左还是右,不是他妈决定的,而是哥哥“打开盒子”的行为决定的!在哥哥看到左脚鞋的一瞬间,鞋里飞出一个神秘的信号,闪电般穿过万水千山,通知美国的另一只鞋变成右脚!
这个速度能有多快?
无限快。
此为超距作用。
量子力学VS经典力学(爱因斯坦)谁胜谁负?贝尔建立不等式,企图支持偶像爱因斯坦的相对论。令人啼笑皆非的是,阿斯派克特验证了贝尔不等式,所有实验无一例外,全部支持量子理论。
目前量子力学中超距作用的实现,主要在于对一对纠缠粒子的分开与研究。至于真正的研究成果。。。2025年诺贝尔物理学奖,量子隧穿。。
基于如此超标的理论,得到像这样一个世界前沿的科技成果,我的回答是:期望科学家们在量子力学的实际研究中获得真正腾飞。
四、结语
从二维世界观察三维的一个圆柱体,有可能观察到长方形或圆形两种形态。当三维世界的我们去观察微观粒子,波粒二象性是否反映了观察维度的局限?
量子世界的确神秘,这是科学家们的研究方向,也给予我们生活中的启示:
最后引用爱因斯坦一句话作结:宇宙在本质上是高度和谐的。在更高的层面上,和谐,比对错更重要。