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皇冠体育 官网狗博体育平台 | 深度长文:用无为的说话解说量子纠缠(超5000字,建议储藏)

发布日期:2025-03-22 02:59    点击次数:128
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作念了这样多的科普,触及最多的等于相对论和量子力学。在量子力学当中,量子纠缠又是很要紧的一个主张,之前也有作念过对量子纠缠的科普,但看到收罗上对量子纠缠的误会仍旧很深,今天再次尽量以无为的面目来解说量子纠缠。

在了解量子纠缠之前,当先需要显著量子力学中的两个主张:波粒二象性和重叠态。

波粒二象性,许多东说念主齐应该据说过,讲的是微不雅粒子同期具有两种特质,波和粒子的特质,有时候发达出波的特质,有时候会发达出粒子的特质。

而波动性与粒子性重叠在一齐的情景,等于所谓的“重叠态”。但就具体发达来讲,重叠态并不单是指波粒二象性的重叠,还包括位置,偏振,动量,自旋等各式物理特质的重叠态。

通俗判辨等于,在微不雅粒子被测量之前,它就一直处于各式重叠态。

弄懂了这点,再来看量子纠缠就更好判辨了。由于每个粒子齐有重叠态,那么要是两个微不雅粒子通过某种面目联结在一齐,这两个微不雅粒子原先具有的重叠态是独处的,照旧相互纠缠在一齐的呢?

谜底是:相互纠缠在一齐的。

违私下,要是某个微不雅粒子衰变成两个更小的粒子,那么这两个粒子的重叠态是独处的照旧相互纠缠在一齐的呢?

继中国防长李尚福拒绝与美军对话后,解放军东部、南部也拒绝了美军的电话。

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不过美国这嘴上说的倒是厉害,但在实际行动上却收敛了很多,大家可以发现虽然这段时间美国一直和中国在嘴皮子上打架,但在实际上的冲突却变得很少了;特别是在周边沿海地区,以前美军的军机军舰每周都要过来“打卡上班”,但现在却失去了踪影。像在抵近侦察上,前年美军侦察机对南海地区抵近侦察的次数为1200次,平均下来就是每天3次;去年美军侦察机对南海地区抵近侦察的次数为1500次,平均下来每天都接近4次了;而在我国切断了和美军的沟通之后,最近一个月美军侦察机对南海地区抵近侦察的次数直接变成了0次。显然美军也意识到了现在的情况有点不对劲,以前敢那么肆无忌惮的进行抵近侦察那是因为双方还没彻底撕破脸,在周边沿海小动作不断的同时双方的联系还没中断,还能够及时的沟通一下“灭火”,避免引起更大的误会。

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谜底仍旧是相互纠缠在一齐。

也等于说,两个具有重叠态的粒子一朝通过某种面目联结在一齐,领有某种共同的关系,即使两者被分开,以至分开得很远,它们的重叠态仍旧是纠缠在一齐的,而这其实等于所谓的量子纠缠。

而物理学上对量子纠缠的界说其实亦然这样的,当几个粒子在相互相互作用后,各个粒子所领有的特质已轮廓成为举座性质,无法单独描述单个粒子的性质,只可描述举座系统的性质,则称这满足为“量子纠缠”。

举个例子,要是一个自旋为零的微不雅粒子发生了衰变,衰变成两个更小的粒子,由于这两个粒子齐是由合并个微不雅粒子衰变来的,于是两者一开动就开发起了某种关连。是以,不管这两个粒子翌日相距多远,它们之间齐会存在某种关连,其实也等于一直处在量子纠缠情景当中。

量子纠缠不受空间和本领的轨则,无为判辨等于,两个纠缠中的粒子能无视空间和本领的存在,不管相距多远齐能须臾感应相互。

是不是违犯爱因斯坦相对论中的光速轨则了呢?并莫得,因为量子纠缠的进程并莫得传递任何信息,说白了量子纠缠看似两个粒子之间的关系,其实内容来讲是一个系统的属性,两个粒子属于合并个系统。无为判辨等于:两个粒子特地于是一个东西!

拿自旋来例如子,在莫得测量之前,纠缠中粒子的自旋主见一直处于重叠态,咱们无法分离,每个粒子的自旋主见不错同期是“进取”和“朝下”的,而不是“进取或者朝下”。

而任何测量行动齐会让粒子的自旋主见从“进取和朝下”的重叠态,坍缩为“要么进取要么朝下”的细则情景。并且,要是测量到某个粒子的自旋面目为进取,那么另一个粒子的自旋主见坐窝就会坍缩为朝下,根底不必再次测量。

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而测量行动导致粒子从重叠态坍缩为细则情景,等于物理学术语讲的“不雅测行动导致波函数坍缩”。

有时看出,量子纠缠的进程根底不存在速率的主张,纠缠中粒子的情景更正是同期发生的。而要是存在速率的话,不管速率有多快,一定会存在本领差,这个本领差其实与量子纠缠的主张是不符的。

是以,严格来讲,用“须臾和坐窝”等词语来描述量子纠缠进程,其实齐是不严谨的。不外,无为判辨的情况下,咱们不错这样用,咱们心里显著若何回事就行了。

但以上只是表面上的界说和分析,科学是严谨的,光有表面是不行的,还需要实验来考证,否则很难有劝服力。

但莫名的方位就在这里,现实中咱们根底无法通过实验来考证量子纠缠的进程是同期发生的。这到底是为什么呢?

通俗讲,因为咱们测量到的本领精度不管如何齐是有限的。比如说,把两个纠缠中的粒子放到相距30万公里的两个方位,本领精度不错精确到0.1秒,咱们会发咫尺这个本领精度下,量子纠缠照实是同期的。

但其实这并不是证据量子纠缠等于同期的,最多只可证据量子纠缠的速率大于10倍光速,毕竟咱们的本领精度只好0.1秒。

要是咱们将本领精度提高到0.01秒,在这个精度下,不错觉得量子纠缠亦然同期的。然则还会有东说念主建议质疑,觉得量子纠缠的速率只是高于100倍光速汉典,并不可证据是同期的。

说白了,在现实天下里,咱们不可能完全诠释量子纠缠确凿是同期的,只可测试量子纠缠的速率下限,并把这个下限不断提高。

而物理学界大佬爱因斯坦矍铄反对量子纠缠这种诡异满足,并称量子纠缠为“鬼怪般的超距作用”。也因此出现了爱因斯坦和玻尔两位物理学界大佬长达数十年的争论,直到贝尔不等式的出现,两东说念主的争论才渐渐平息。

对于贝尔不等式,这里就不想胪陈了,之后我会单独写一篇对于贝尔不等式的科普。通俗讲等于,贝尔不等式不设立,玻尔就对了。而贝尔不等式设立的话,爱因斯坦就对了。而实验不雅察后果标明,贝尔不等式不设立,是以玻尔对了,爱因斯坦错了。

而在东说念主们对违犯贝尔不等式的实验进行永远不雅察之后,得出这样的论断:量子纠缠的速率下限能达到光速的四个量级。

这意味着什么?意味着光量子纠缠的速率至少能达到光速的一万倍!而考虑到实验进程中的本领精度一定是有限的,是以,量子纠缠的“速率”系数会比光速的一万倍更高。

跟着东说念主类科技水平不断提高,测量仪器的精度不断调高,不错料想的是,翌日测量到的量子纠缠的速率一定会更高,能达到光速的一亿倍以至更高。

既然这样,这种测量量子纠缠速率的面目还特兴趣兴趣兴趣兴趣吗?

其实兴趣兴趣兴趣兴趣并不大,因为不管翌日的东说念主类科技何等发达,也不管电脑的算力有多高,最终得到的量子纠缠的速率下限齐是光速的几许倍,因此汉典。也等于说,有些表面很难通过实验去最终考证。

那么,就让咱们把这个问题暂时放弃,来探讨另一个问题:科学家早已明确量子纠缠的进程是超光速的,那么这个超光速的进程到底是如何已毕的呢?

在咫尺的科学体系下,任何两个物体的作用齐需要某种介质才调已毕。而在粒子程序模子中,光子,胶子,程序玻色子还有假象中的引力子齐是物体相互作用的介质。而这些介质传播的速率上限等于光速。

也等于说,量子纠缠的进程,不可能触及任何介质的传播,否则就不可能超光速了。

如斯一来,咱们只可暂时从逻辑上来判断了。总体来讲不错通过两种方法来判辨量子纠缠。

第一,所谓的“寡妇模子”。具体是这样的,男性A和女性B相爱了,几年只好相爱的两东说念主准备成婚,成婚之后两东说念主就具有了爱妻关系,特地于两东说念主纠缠在一齐,领有微不雅粒子的那种“重叠态”,两东说念主也分享这种“重叠态”。

然后,厄运的是出现了,某一天A不测出车祸示寂了,这样的结局照实让东说念主愁然,让东说念主爱怜。但就事实而言,A和B的爱妻关系在A因车祸示寂的同期,B也就变成了一个寡妇。

也等于说,A和B就特地于纠缠中的“粒子”,A出车祸示寂就特地于咱们测量了A的情景,而在咱们测量的同期,也会影响到B的情景!

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第二,所谓的“手套模子”,这个模子内容上与“寡妇模子”大同小异,只是更无为更容易判辨,具体来讲是这样的。

把一副手套分别装在两个顽固的盒子里,不管这两个盒子相距多远,只须灵通其中一个盒子,发现是左手套,那么另一个盒子里的手套等于右手套,特地于咱们能同期取得两个手套的情景,表面上不会有任何本领差。

以上两种对量子纠缠逻辑上的解释,能让许多东说念主欢快地给与,毕竟两种解释照实充足无为,很容易判辨。

但事实上,以上两种解释并不严谨,科学等于这样,想要无为时时就意味着不严谨,而想要严谨时时意味着有复杂的晦涩难解的词汇和弥远的数学公式,当然就欠亨俗了。而科普要作念的等于无为的基础上尽量作念到严谨,不外照旧以无为为主,毕竟科普的缱绻是让全球显著。

为什么说上头两种解释不严谨呢?

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还拿“手套模子”来证据。在咱们灵通其中一个盒子发现是左手套时,盖上盒子再灵通,敬佩照旧左手套。

但这只是咱们的宏不雅宽泛生存陶冶,施行上在量子纠缠领域并不是这样的,要是手套是一个微不雅粒子,在咱们盖上盒子再灵通,并不一定照旧左手套,可能会变成右手套了。

这等于量子纠缠的真实情景,两个粒子的情景齐是不细则的重叠态,说白了,任何一个盒子里的手套齐是同期处于“左手套和右手套”的两种情景,只好在灵通盒子的那刹那间,手套的情景才会从“既是左手套又是右手套”的重叠态,坍缩为“要么是左手套,要么是右手套”的细则情景。

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量子天下和量子纠缠等于这样奇特,每次测量后果可能齐不一样。

而爱因斯坦对量子纠缠这种不端满足感到匪夷所念念,因为爱因斯坦一直是“决定论”的因循者,也等于经典物理,觉得不管如何两个粒子之间的作用,一定要通过某种介质,是以任何粒子的相互作用速率齐无法超光速。

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爱因斯坦抒发的念念想其实等于“局域确凿论”,说白了等于天地中存在光速轨则。

在爱因斯坦看来,之是以量子纠缠会出现看起来超光速的满足,是因为其中一定还有某种隐变量莫得被发现。正因为隐变量的存在,是以爱因斯坦觉得量子力学敬佩是不老到不完善的。

这就激发了对于量子力学完备性的争论,而争论的焦点就在所谓的“隐变量”上头。其实亦然刚才所讲的爱因斯坦和玻尔争论的焦点。

以玻尔为首的哥本哈根派别觉得,只可用概率描述量子天下里微不雅粒子的行动和情景,也等于所谓的不细则性。

要是说爱因斯坦还拼集能给与哥本哈根派别的这种不细则性解说的话,那么不管如何他齐不可给与量子纠缠这种超光速的行动。毕竟其时对于量子天下的诡异行动,除了哥本哈根解说,也莫得别的更好的解释。

但量子纠缠的超光速满足径直动摇了相对论的根基,以至动摇了最基本的因果律,这是爱因斯坦不管如何齐不可给与的。

于是,1935年,爱因斯坦就考虑波多尔斯基和罗森,三东说念主一齐建议了知名的“EPR佯谬”,发表了《论量子力学对物理现实的描述是否是完备的?》论文,质疑哥本哈根解说的完备性。

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问题是建议来了,但如何管束问题成了一个费事,直到物理学家约翰贝尔的出现,他建议的贝尔不等式,给出了用来考证EPR佯谬的可行性实验。实验进程就未几说了,之前也提到过,会用专门的一章科普教学贝尔不等式。

照旧那句话,要是存在隐变量,贝尔不等式就设立,爱因斯坦等于对的。否则,要是不存在隐变量,爱因斯坦等于错的,玻尔等于对的。

而无数的实验后果齐指向了一个后果:贝尔不等式并不设立,也就意味着并不存在爱因斯坦建议的隐变量。

爱因斯坦错了,是不是因为光速确凿被杰出了?难说念光速轨则错了吗?

刚才也讲了,量子纠缠的进程看起来照实远超光速,但量子纠缠那并不依靠任何传播子,也等于介质,这意味着量子纠缠的进程并不会承载任何信息和能量,当然也不违犯相对论中的光速轨则。

其实,咱们之是以觉得量子力学太诡异了,不相宜咱们的传统解析,等于因为咱们会下相识地用经典物理去预计量子天下的行动。而要是咱们一开动就生存在量子天下里,虽然就不会觉得量子力学很诡异,反而会觉得宏不雅天下的行动会很诡异。

也等于说,咱们不可用经典物理的表面套用量子天下。在量子天下里,一切齐是污秽的,并莫得细则的行动情景。而不雅测就会导致不细则性发生坍缩,让咱们看到细则的天下。

比如说,原子核外电子的情景分散,等于不细则的,电子当场出咫尺原子核周围,咱们只可揣测出电子在某个位置出现的概率是几许,而不可细则电子一定会在某个方位出现。

这与东说念主类的不雅测水平上下和精确度无关,因为量子天下本来等于那样的,电子的行动本来等于不细则的,只可用污秽的概率云去描述,发达出来的等于电子云。

而量子纠缠等于一种污秽的重叠情景,这种情景与距离的遐迩莫得任何关连。从量子力学的角度来讲,两个纠缠中的粒子其实还是交融为一个粒子了。

之是以许多东说念主不管如何齐很难给与量子纠缠满足,等于因为一直试图把纠缠中的粒子算作念两个独处的粒子来念念考问题,莫得信得过把两个粒子算作念一个举座。

就像一个原子,咱们虽然会觉得原子等于一个举座。然则要是咱们把原子不断放大,会看到原子里面险些齐是空的,要是原子有一个畅通场那么大,那么原子核只好绿豆的大小,而电子比一粒尘埃还要小。

那么,放大后的原子还算是一个举座吗?

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敬佩是一个举座,但对于如斯空旷的原子,咱们会不自愿地觉得不应该算是一个举座了,这等于咱们解析上的误区和局限性。事实上,不管把原子放大几许倍进行不雅看,原子仍旧是一个举座。

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用一样的面目判辨纠缠中的粒子,就很容易给与了。两个纠缠中的粒子其实等于合并个粒子,只不外两者相距很远拆伙,就特地于两个纠缠粒子之间的疏漏特地空旷拆伙。

对于这少许,照实有些招架咱们对基本粒子的知识解析。按照现存的科学体系,基本粒子才具有不可分离的举座属性。而不可分离意味着不可能有任何疏漏存在。

这亦然为什么会有科学家建议“高维空间”的主张来解释量子纠缠,这种主张觉得,所谓纠缠中的粒子只不外是某个粒子在不同维度空间的发达汉典。

举个无为的例子来判辨高维空间的解释。比如说,二维平面上有一个粒子,要是把二维平面卷起来就酿成了三维空间。然则在二维空间来看,会看到两个粒子,会觉得二维平面的粒子多出了一个分身,这个分身在咱们三维空间来看很容易判辨,但二维空间就不好判辨了。

在二维空间看来,粒子自身与其分身不管相距多远,齐能同期发生相互作用,这太难判辨了。殊不知粒子自身与分身本来等于合并个粒子,虽然会同期发生作用了。

那么,咱们在三维空间里不雅察到的量子纠缠满足,是不是不错用高维空间的念念想去解释呢?对于高维度的主张,咫尺科学界并莫得定论,还莫得通过实验来诠释,更多的只是停留在数学主张里。

也许翌日某天,科学家们确凿发现了高维度存在的根据,咱们对于量子纠缠满足会大彻大悟:困扰咱们这样久的量子纠缠满足,本来这样通俗啊!

完!



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