量子糾纏的超距作用,到底傳送了什麼,未來能夠將人瞬…


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量子糾纏的超距作用,到底傳送了什麼,未來能夠將人瞬時傳輸嗎?

量子糾纏具有超距作用,理論上無限遠。其內在機製到底是什麼呢?許多人都想弄清楚,尤其是一些瓜友們鬧得心癢癢的,由此生髮出許多想像。

其實,量子糾纏現像大師們都很難說明白。

量子糾纏是量子系統的一種現象,理論很複雜,要說清楚很難。對於量子世界的奇異特性,不但我們瓜民們如霧裡看花,就是物理學大師們也有不同看法。為了弄清這些問題,上世紀一些物理學、量子力學大師們曾經有過一次劇烈的爭論,代表人物都是量子力學的鼻祖。

以愛因斯坦為首的經典物理學派認為,量子力學裡面的一些無法預測的“詭異”現象,如量子糾纏“鬼魅般的超距作用”,主要是其理論尚不完備,有一些深層次隱性規律還沒有被人們所認識,他把這種規律稱為隱變量,只要找到這些隱變量,這些現象就不詭異了,就可以預測了。愛因斯坦的口頭禪是“上帝不會擲骰子”,支持他的有薛定諤、貝爾等。

爭論的對方叫“哥本哈根派”,其代表人物有波爾、波恩、海森堡等,他們的理論被稱為“哥本哈根詮釋”。核心是堅持觀測事實,認為粒子的波粒二象性、不確定性原理、波函數塌縮、量子糾纏等奇異特性,是量子世界的固有特性。它們更像是“別去管上帝能做什麼”,似乎“上帝真的在擲骰子”。

最終哥本哈根詮釋勝出。

一直到愛因斯坦、波爾等大師們都到天堂去了,爭論依然沒有結果。他們在天堂是不是還在爭論我們也不知道,因為“量子糾纏”本身不攜帶信息,我們無法知曉變成量子的愛因斯坦們在幹什麼。倒是曾經支持愛因斯坦隱變量理論的約翰·斯圖爾特·貝爾,一直孜孜不倦地想證實愛因斯坦正確,他提出了一個邏輯嚴密的數學不等式,只要這個不等式成立,愛因斯坦就勝出。

但結果令他失望,反复的實驗,不等式都不成立。後來又有許多科學家驗證了這個不等式,確切地證實了這個不等式不成立,從而判定愛因斯坦所主張的隱變量不存在,支持了哥本哈根派,哥本哈根詮釋完美勝出。

這個結果傳到依然在天堂爭論的愛因斯坦和波爾們那裡,不知他們作何感想,是不是會偃旗息鼓呢?

這個結果說明,量子力學裡的量子糾纏、測不准定律、波函數坍縮確實在微觀領域存在,但為什麼存在呢?沒人知道,因此量子糾纏的本質到底是什麼,為什麼會糾纏,沒有一個完美的理論解釋。

那麼何謂量子糾纏呢?

這是量子力學裡面描述粒子特性的一個概念,說的是當幾個粒子在一起相互作用後,其原來各自的特性就會消失,而綜合成整體性質,人們無法將這些粒子區分單獨描述某個粒子性質,只能夠描述整體系統的性質。

即便把這些粒子分開到很遠距離,它們的這種性質依然存在。理論上認為量子糾纏距離可以達到任意遠,最詭異的就是,根據不確定性原理,測量粒子會讓粒子運動發生改變,這種改變會瞬間傳遞到任意距離糾纏著的粒子,讓其運動同時改變。

如A和B一對糾纏著的粒子,它們的糾纏狀態是一個為左旋,一個為右旋,把它們分開放在距離很遠的兩地,只要測量A粒子,其運動發生改變成為右旋,那個在遠方B粒子一定會變為左旋;而測量B粒子,則A粒子同樣會發生改變。

我國的2016年發射的墨子號量子科學實驗衛星,證實了在1200km距離處於糾纏態的兩個光子依然保持這種性質。 2019年7月12日,英國格拉斯哥科學家們首次拍攝到量子糾纏的照片(上圖),這項成果以《貝爾非局域相互作用的成像》論文發表在《科學進展》學術期刊上。

怎麼理解量子糾纏?

量子糾纏的“詭秘”特性讓人們產生了許多猜測,甚至引起了一些神鬼玄學迷信群體的興奮,認為最微小的粒子都有意識,所以才會有超距作用。但主流科學界認為,量子糾纏就是粒子世界的固有特性,是一種客觀存在,並非其有什麼意識。

科學界現在對量子糾纏這種現象的機理還沒有弄清,但主流理論認為,量子糾纏至少有三個基本特徵:一是這種現像只存在於量子世界,不會在宏觀世界出現;二是量子糾纏不傳遞能量和信息,因此不違背光速藩籬;三是超距作用無限遠永遠也無法證實。

如何理解量子糾纏現像只出現在量子世界?就是在宏觀世界從來也沒有這種現象,遵循的是經典物理學理論,包括愛因斯坦相對論和牛頓力學等。這也說明利用這個理論實現超距傳輸是不可能的。在一些科幻作品和一些人想像中,老幻想著利用量子糾纏這種特點,將一隻貓或者一個人或者一艘飛船,瞬時傳遞到光年以外,這些都不屬於量子糾纏理論範疇。

那麼既然量子糾纏具有超距作用,為什麼不攜帶信息和能量呢?這裡我們可以用一個更通俗的比喻來理解:有兩姐妹分居兩地,姐姐生了一個孩子,妹妹自然升級為小姨了,這種變化是瞬間的,不管她們距離多遠,也不管她們願不願意,都會自然地發生這種變化。

但妹妹在接到傳遞的信息前,並不知道發生了這種變化,而姐姐把這個信息傳遞給姐姐,就要使用宏觀信息傳遞手段了,傳遞最快的速度就是光速,打個電話,電磁波就傳給了妹妹了。

為什麼無法驗證量子糾纏超距作用無限遠呢?這是因為人類永遠也無法將一個被糾纏著的粒子傳送到無限遠,現在人類的飛行器連1光年半徑的太陽係都出不了,何況無限遠?比如前面說的那姐妹分開的問題,她們就像需要分開糾纏著的兩個粒子,要分開多遠,就要用宏觀的方式移動,無論是坐火車還是坐飛機做宇宙飛船,把姐姐或者妹妹送到無限遠是做不到的,即便光速也做不到。

因此量子糾纏傳播無限遠,理論上可以做到,因為兩姐妹不管分開多遠,姐姐生了孩子,妹妹都會自動升級,但在實踐中永遠無法證實。

這種比喻不夠嚴謹準確,只是為了幫助大家通俗理解量子糾纏雖然有超距作用,但並不傳遞信息和能量。不當之處,歡迎糾正和拍磚。

量子通訊不是用量子糾纏速度通訊。

現在量子通訊常常被一些人誤認為信息傳輸比光速還快,可以做到無延時通訊,這種理解是錯誤的。現在潘建偉等科學家正在研究的量子通訊,主要是通過量子糾纏分發和隱形傳輸,利用量子不確定性原理、波函數坍塌原理等,讓通訊更快、更保密而已。

這個傳輸速度更快不是傳播速度超過光速這種速度,而是每秒鐘傳輸的數據量更大,如每秒可傳遞5G流量;保密是指密匙不可克隆,且通訊不可監聽。

因此,從量子糾纏的這些基本特性,我們可以了解到,量子是沒有什麼意識可言的,未來也不可能通過這個理論來實現超距即時能量和信息的傳輸,更不可能實現任何物體或人類的瞬時轉移。但隨著人們對量子力學研究的深入,對這個世界的本質將認識越來越深刻,從而推動整個人類文明的進程。

就是這樣,歡迎討論,更細閱讀。

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