网友提问:
请问量子纠缠究竟是什么原理呢?
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从哲学角度说,是阴阳学说、对立统一规律、矛盾论和相对论在微观世界的体现。
拿相对论来说,它认为时空是相对的(相对于不同质量的物质、不同的物质运动变化而言),物体的运动速度越大,其时间变化越慢,运动距离越短。而微观粒子的运动速度都是高速的,比如光子以光速运动时,时间归零,那么是不是距离也归零了?就是说我们人类认为距离很远的二个纠缠的粒子,对于粒子自己来说,是不是就在一起或距离很近。
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你曾经试图解开宇宙之谜吗?这项任务似乎相当艰巨,但有很多科学家和研究人员花了一生的时间试图找到最矛盾的生存问题的答案。
爱因斯坦被认为解开了这些奇妙谜团最杰出一位科学家,但是世界上有一个奇怪的现象,即使是伟大的阿尔伯特·爱因斯坦也感到困惑。他是如此的困惑,以至于他给它取了一个绝对不科学的名字——”远处的怪异行为”。这个奇怪的宇宙现象,通常被称为”量子纠缠”。
经过了几十年的不断研究,科学家们虽然还不能确切的解释量子纠缠的原理,但也获得了一些研究成果,让我们一起看看科学家们目前关于量子纠缠研究取得的一些成就。
我们周围的小世界
试想像一下,您可以握在手中的最小物品,且仍然可以用眼睛看到。在此示例中,沙粒是很好一个列子。 这是一颗沙粒,它包含约50亿亿个原子。大脑理解原子尺度的能力非常有限,但我们将进行更深入的研究。
在这50亿个原子中,有一个更深层次的亚原子粒子,直到1897年电子被首次命名时才发现。 从那时起的一个世纪左右,我们发现了十几种其他类型的亚原子粒子,包括夸克,介子,引力子,中微子等等。
其中一些亚原子粒子是“基本”粒子,这意味着它们无法进一步分解,而原子是复合粒子,这意味着它们是由多个亚原子粒子组成的。 原子令使用大型强子对撞机(LHC)的粒子物理学家和操作员着迷。
世界各地的研究人员都对这些粒子进行了热切的研究,但人们发现,牛顿物理学的传统定律并不总是适用于亚原子世界,因此需要一种新的物理思想。科学家开发了一个全新的物理学分支(量子物理学),以创建一个可以理解这些亚原子粒子的框架。
亚原子粒子悖论
现在,我们可以基于有关时空位置的某些信息来测量亚原子粒子。最有用的信息是“旋转”,它是由粒子的角动量定义的。 这种自旋本身不是“可观察到的”,因为该数据仅通过可测量的亚原子能数据包获取(并因此分配了量子数)。 现在,亚原子粒子无法改变其旋转速度,但可以改变方向。
量子世界基于概率状态(通常称为叠加)的概念进行操作,这意味着这些粒子同时存在于每个状态中,至少直到研究人员尝试对其进行测量为止。具有讽刺意味的是,在测量时,波形会崩溃并且可以测量自旋。
现在,让我们考虑一个简单的亚原子粒子:光子。 在测量该光子之前,它是一次叠加在各个方向上旋转的。 通过在适当的介质上照射光,可以将一个光子分成两个光子,到那时,您将有两个光子重叠。 当您测量这两个粒子之一时,最奇怪的事情就会发生……它们都落在波形之外,就像下面的爱丽丝和鲍勃一样。
现在,还记得前面提到的那个量子数吗? 假设原始光子的自旋值为零。当您将其分成两个光子时,两者将沿相反的方向旋转,从而保持零态。 如果反转一个光子的自旋,则另一个也将反转。
困扰爱因斯坦的悖论是这种变化是瞬间发生的。 爱因斯坦认为即使尺度很小,也仍然必须通过光、能量、波等来传递信息,但事实并非如此。 两个亚原子粒子以某种方式链接在一起,即使两个粒子相距很远,更改一个原子也会立即更改另一个原子。
这种莫名其妙的现象被称为“量子纠缠”,这个术语最初是由量子世界的另一位早期运用者和理论家欧文·薛定谔(ErwinSchr?dinger)创造的。
图注:薛定谔的猫
鉴于宇宙中没有任何事物能够以比光速更快的速度运动,并且自旋状态的这种“瞬时”变化揭示了信息传递比“通用速度极限”快数千倍,因此本世纪最伟大的思想家们真正陷入了困境 。
量子纠缠有什么解释吗?
从理论上讲,即使这些粒子相隔数百万光年,它们仍然会瞬间抵消彼此的运动,并锁定它们在整个宇宙中永恒的联系。到目前为止,两个纠缠的粒子之间的最远距离约1400公里,这一项记录是由中国量子科学家创造,将地面上粒子与近地轨道上飞行“墨子号”卫星上粒子产生纠缠。
图注:中国量子卫星“墨子号”
数十年来,整个概念一直困扰着人们,因为它打破了宇宙中最基本的定律之一。 两个粒子之间的信息传递不能比光速快,但是确实如此。
这些缠结的粒子也不限于成对; 2014年的一项研究人为地纠缠了大约500,000个粒子,这表明当测量或更改任何单个成分时,粒子云“群脑”即刻起反应。
让我们更进一步,从宏观上讲一下“大爆炸”,这实际上是整个宇宙从单个粒子爆炸并开始扩展的那一刻(此后一直没有停止!)。 根据我们刚刚了解到的纠缠粒子的奇怪性质,可能会有纠缠粒子散布在整个宇宙中。 每个粒子都可能与另一个粒子或一大群粒子纠缠在一起!
可能有数十亿个粒子通过量子纠缠而固有地联系在一起,这意味着我们在地球上激发的一些微不足道的自旋位移可能在月球背面或星系的另一端产生亚原子的结果!
苦脑病
科学家不喜欢无法解决的悖论,因此爱因斯坦和他的朋友回应量子纠缠说,量子理论是“不完整的”,缺少了一些固有的概念或材料。 随后的“漏洞”由薛定鳄、爱因斯坦和其他理论物理学家提出,试图解释量子纠缠的奇怪事实,好像他们根本不承认自己不知道答案。 这些漏洞在过去六十年中得到了最大程度的证明,但仍然存在“遥远的诡异行动”。
到目前为止,我们还没有完全了解量子纠缠,也没有完全了解量子世界的隐秘奥秘,而是拥有可能的应用,例如量子计算和纠缠粒子的统一互联网(这两种都可以改变我们所知道的世界)。
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量子纠缠居然有原理可言?
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量子纠缠实质上就是两个或多个常规粒子(诸如电子之类)之间通过互射超微粒子流而形成的相互作用的现象。这种运动于常规粒子间的超微粒子比电子小得多,因为太小太小了,在当前甚至成百上千年后的技术条件下,人们是不可能发现它们的。这种超微粒子虽然体积微乎其微,但因其运动速度极快,可达光速的数百万倍,因此其质量要远大于同体积的常规粒子,其动量也是不可忽略的,能在常规粒子间产生各种空间作用力(即人们常说的引力和斥力)。因为超微粒子的运动速度太快,在有限的空间内,它们的运动几乎是不需要时间的,能产生所谓的同步感应效应,即量子纠缠。
人们总是有一种习惯意识,总爱将沒发现或发现不了的事物认定为不存在的东西。在几百年前,如果有人在众人面前说有病毒及分子原子的存在,人们肯定会认为他在说胡话,因为从来没有人见到过这些东西,在当时的条件下他也不可能证实他的观点的正确性。现在我们能看到的最小粒子不外乎就是原子核了,而电子是什么样子的我们都不知道,因为我们的放大倍数最高的微观仪器就只有电子显微镜了,它不可能让我们看到比电子还小的东西。一种事物的有无,是不以人的主观意识为转移的,宇宙中的一切都是物质的,所谓的“心灵感应”、“神灵”、“上帝”等等,都是唯心的东西,一切唯心的东西都是建立在唯物之上的,这个唯物基础就是我们的脑细胞。我们的大脑能想到的、我们的感官能意识到的,只是茫茫宇宙中的凤毛麟角,大千世界真的还有太多太多的奥秘正等待我们去探索。
量子纠缠不是什么心灵感应,更不是什么与鬼神和上帝这些人造的形象有关的东西,它就是超微粒子流循环运动的结果。
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爱的越深越浓越缠绵,会不会让天红了眼!