诡异的量子纠缠,相信大家都有所耳闻。处于纠缠状态的两个粒子,不管相距多远,都能瞬间感应到彼此的变化,从而做出相应改变。
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那么,到底什么是量子纠缠呢?
物理学上是这样定义的:当两个或多个粒子彼此发生相互作用之后,单个粒子所拥有的属性综合成整体属性,于是只能描述整体的属性,而无法描述单个粒子的属性。
量子纠缠能无视浩瀚距离,瞬间感应到彼此,看起来好像是“超光速”传播了,因此也被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”。
问题来了,量子纠缠为什么如此诡异,为什么不管多远都能瞬间感应到彼此呢?是不是真的违反了相对论的“光速限制”呢?
量子纠缠并没有违反相对论的光速限制,因为量子纠缠过程并没有传递任何信息,表现出来的是整体属性。量子纠缠感应到彼此也不需要任何能量。到底怎么回事呢?
简单来讲,量子纠缠的本质其实还是不确定性,具体来讲是叠加态。什么是叠加态?用薛定谔的猫来理解最简单,就像是“既死又活”的猫一样,这样的猫就是“叠加态”。
但我们都知道,现实中不可能存在这样一只处于“叠加态”的猫,但如果这只猫在量子世界,真的有可能存在。
说白了,量子世界里的微观粒子其实都处于一种叠加态的模糊状态,我们无法准确描述微粒子的状态。对于纠缠中的微观粒子也是一样,比如说,有两个纠缠中的微观粒子,它们的自旋方向一个向上,另一个向下,但我们不知道哪个向上,哪个向下。
真实的情况是这样的:任何一个粒子的自旋方向都是同时处于“向上和向下”的叠加态,这在宏观世界里很难理解,但却真实地发生在量子世界。当我们想看看同时“向上和向下”的叠加态到底是什么样的状态时,微观粒子就会从叠加态坍缩为确定状态,表现为“要么向下,要么向上”。
如果我们观测到一个微观粒子的自旋方向朝上,那么另一个微观粒子的自旋方向马上就能确定下来,一定是朝下的。而且在我们观测的瞬间,两个粒子的纠缠关系就失效了。
这就像我们平时掷硬币的游戏,当我们像空中掷硬币时,并不知道空中的硬币是正面还是反面,但不管是正面还是反面,总会只有一面。也就是说要么是正面要么是反面,不可能“既是正面也是反面”!
而量子世界的叠加态意味着,这枚硬币如果在量子世界,真的是处于“即使既是正面也是反面”的叠加态,在硬币落下来,我们观测的一瞬间,硬币的叠加态就会发生坍缩,成为唯一的固定状态。
深层的含义是这样的:量子世界里的一切都是随机的,而且这里的随机是真正的随机。虽然我们所在的宏观世界也会出现各种随机事件,但宏观世界里的任何随机事件,实际上都不是真正的随机,都是“伪随机”。
不管是游戏世界里打怪爆的装备,踢足球时射中的概率,都是“伪随机”。就连你随便写下的一个数字,甚至大脑中随便想象出来的数字,都不是真正的随机。
扯得有点远了,回归正题。用不确定性和叠加态来诠释量子纠缠似乎有些抽象,也有些强人所难。而更加前沿的一种理论,超弦理论,站在另外一个角度来诠释量子纠缠的本质。
用高维度空间的方式来诠释量子纠缠,具体是怎么回事呢?
超弦理论强调,量子纠缠的本质,其实是粒子在高维空间的三维投影。言外之意,纠缠中的粒子看似有两个或多个,其实只有一个,其他的粒子只是在三维空间里的投影而已。
那么,高维空间到底在哪里呢?科学家们认为高维空间卷曲在非常小的尺度下,普朗克尺度下,我们很难观测到。
不过,超弦理论目前更多的只是数学家构建的数学模型,也被称为“ 卡拉比丘成桐空间 ”,共有十个维度。
基于数学模型推导出来的超弦理论和高维空间的诠释,目前看来只是一个假设,很难找到切实的证据加以证明,而没有证据支撑的理论也只能是美好的幻想,如同空中楼阁,有点华而不实的感觉。
而现实世界里,从科学家对量子纠缠的应用中,我们也能看出,量子纠缠的粒子并非只有一个粒子,而是真实存在的两个粒子。更为重要的是,量子纠缠原理早就应用在了我们日常生活中,比如说量子通信技术,就是利用量子纠缠原理,实现了“ 量子密钥分 ”来对信息进行加密!
诡异的量子纠缠,相信大家都有所耳闻。处于纠缠状态的两个粒子,不管相
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