眾所周知,如今我們所享有的大部分科學(xué)成果都是建立在量子力學(xué)的基礎(chǔ)上的??梢哉f(shuō),量子力學(xué)自從建立的一個(gè)多世紀(jì)來(lái),已經(jīng)深刻的改變了你我的具體生活。你可以不了解量子力學(xué),但是你用的電腦,手機(jī),電視機(jī)無(wú)不匯聚著量子力學(xué)的研究成果!
可以說(shuō),人類社會(huì)正是因?yàn)榱孔恿W(xué)的基廈存在,我們才得以享受到今天美好的科技生活。稍微對(duì)量子力學(xué)有過(guò)接觸的人都知道,量子力學(xué)是研究微觀世界的科學(xué)理論,而牛頓力學(xué)是研究宏觀世界的一門(mén)理論。我們今天所用的計(jì)算機(jī),各種線路,電子芯片等等都得益于量子力學(xué)的發(fā)展。但是我們也常常被量子力學(xué)中的種種特異現(xiàn)象所吸引。誠(chéng)如如此,量子力學(xué)中有許多超乎宏觀世界的現(xiàn)象,甚至顛覆著我們?nèi)粘5乃季S習(xí)慣。這其中最典型的就是量子糾纏現(xiàn)象!
量子糾纏現(xiàn)象其實(shí)是一種超乎尋常的超距作用。在微觀世界里,量子系統(tǒng)下的一對(duì)糾纏粒子,如果被置于兩地,即便它們相距多么遙遠(yuǎn),都會(huì)同時(shí)感應(yīng)到彼此。即便一個(gè)粒子在地球上,而另一個(gè)在銀河系外,它們也會(huì)同時(shí)感應(yīng)到彼此。這種現(xiàn)象在我們的宏觀世界會(huì)變得異常地超乎常理!試想一下,如果把量子糾纏現(xiàn)象拓展到宏觀世界,就太神奇了。比如,你此時(shí)在地球上,而你朋友在距離地球100光年外的另一個(gè)星系里,你們也會(huì)同時(shí)感應(yīng)到彼此,這簡(jiǎn)直太不可思議了!你肯定會(huì)疑惑,你們即便打電話,也是靠電磁波傳遞信息的,而你們的距離是100光年那么遙遠(yuǎn),電磁波的傳遞也得100年才能到達(dá)對(duì)方,為什么量子糾纏就不需要時(shí)間,就可以超越空間呢?
其實(shí)量子糾纏這種詭異的現(xiàn)象也困惑著愛(ài)因斯坦,以至于愛(ài)因斯坦稱其為“魔鬼般的超距作用”。愛(ài)因斯坦一直對(duì)量子力學(xué)的哥本哈根詮釋有質(zhì)疑,這個(gè)質(zhì)疑終于在第五屆索爾維會(huì)議中爆發(fā)出來(lái)了。1927年,第五屆索爾維會(huì)議幾乎囊括了當(dāng)時(shí)全世界最偉大的科學(xué)家。這次會(huì)議之所以出名,在于作為相對(duì)論創(chuàng)始人的愛(ài)因斯坦和作為量子力學(xué)哥本哈根學(xué)派創(chuàng)始人的玻爾開(kāi)展了科學(xué)史上的世紀(jì)大對(duì)決。愛(ài)因斯坦首先質(zhì)疑玻爾對(duì)量子力學(xué)的詮釋,說(shuō)“上帝并不會(huì)擲骰子”,也就是質(zhì)疑量子力學(xué)的本質(zhì)難道是概率?而波爾回懟愛(ài)因斯坦說(shuō),“愛(ài)因斯坦,不要告訴上帝該怎么做?”。事實(shí)上,正是因?yàn)檫@樣的爭(zhēng)論,反而推動(dòng)了量子力學(xué)的發(fā)展!
第五屆索維爾會(huì)議合影留念
雖然愛(ài)因斯坦極其不理解量子糾纏,但是現(xiàn)在越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明,量子糾纏就是微觀世界最普遍的一種現(xiàn)象!但你或許會(huì)好奇,狹義相對(duì)論不是規(guī)定了速度的極限就是光速嗎?量子糾纏感應(yīng)速度那么快,為什么不違背相對(duì)論呢?
誠(chéng)然如此,現(xiàn)代物理學(xué)已經(jīng)告訴我們,量子糾纏的速度至少是光速的四個(gè)數(shù)量級(jí),也就至少是光速的1萬(wàn)倍,這還只是量子糾纏的速度下限!其實(shí)相對(duì)論中的光速極限原理,指的是把一個(gè)實(shí)物粒子不能加速到超過(guò)光速,因?yàn)槲矬w的速度越快,質(zhì)量就越大,越接近光速,質(zhì)量就逼近無(wú)窮大,也就需要無(wú)窮大的能量來(lái)推動(dòng)它的加速運(yùn)動(dòng),所以實(shí)在物體的最大速度不超過(guò)光速。
而量子糾纏就完全不同,這種速度只是感應(yīng)速度,而并不需要把實(shí)在物體加速到光速以上,所以量子糾纏也不能傳遞信息,因?yàn)榧m纏粒子之間感應(yīng)并不是通過(guò)傳播子來(lái)完成的,而電磁波之所以可以傳遞信息,就是因?yàn)殡姶挪ū旧砭桶庾舆@種實(shí)物傳播子!
但是到目前為止,科學(xué)家也無(wú)從得知量子糾纏的內(nèi)在機(jī)制到底是什么?科學(xué)家只能肯定量子糾纏是一種客觀現(xiàn)象,卻不知道為什么會(huì)這樣?
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