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費恩曼:沒人能懂量子力學,超光速10000倍的量子糾纏是無解謎題

作者:體育享樂

導語

費恩曼:沒人能懂量子力學,超光速10000倍的量子糾纏是無解謎題

“沒有人懂得量子力學。”

這句話是費恩曼說的,他作為諾貝爾實體學獎獲得者和量子力學推動者,竟然說沒有人懂得量子力學,這讓人不禁要問,為什麼不懂呢?

量子力學又是怎麼回事?

自普朗克提出量子概念起,量子力學經曆一個多世紀,從雙縫幹涉實驗到量子糾纏,科學家們對其解釋仍有争議。

費恩曼:沒人能懂量子力學,超光速10000倍的量子糾纏是無解謎題

盡管量子力學在科技領域有廣泛應用,但其詭異性使其難以被完全了解。

另外費恩曼還說,量子糾纏現象的速度不僅超光速,甚至還要快上一萬倍,這又是怎麼回事呢?

費恩曼:沒人能懂量子力學,超光速10000倍的量子糾纏是無解謎題

一、用光證明光.

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普朗克于1900年在對輻射黑體的研究中提出光的能量是分立的,這就是量子概念的提出,同時為了解釋黑體輻射的失誤,普朗克假設輻射能量是分立的,能量的量子化是由E=hf來表征的,其中E是能量,f是頻率,h是一個常數,叫作普朗克常數。

愛因斯坦則是在光電效應的研究中提出光子的概念,他發現光子不僅能解釋光電效應的實驗結果,還能夠解釋電流的微小漲落現象,是以愛因斯坦認為光是由光子組成的,光子是一種光的粒子。

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愛因斯坦提出的光子概念得到了普朗克的肯定,從此光就有了波粒二象性。

愛因斯坦還在光子概念的基礎上給出了光子的定量分析,他認為光子的能量是由E=pc來表征的,其中E是光子能量,p是光子的動量,c是光速。

由于光子的靜品質為零,是以光子的能量就是光子的動量乘以光速。

當1905年愛因斯坦提出光的粒子性的概念後,科學家們對于光的研究就開始轉向光的波粒二象性,這就是雙縫幹涉實驗的背景。

雙縫幹涉實驗的裝置是一塊透明闆,闆上有兩個縫,縫的間距為d,透明闆前有一個螢幕,螢幕在光線正上方有一個小孔,這個小孔正對着兩個縫之一,這樣當光穿過小孔照射到螢幕上,就能夠觀察到雙縫幹涉的現象。

當隻有一束光照射時,光輻射到螢幕上形成一個光斑,這時候我們再讓兩束光照射到螢幕上,兩束光都照射到螢幕上,這時候螢幕上形成的光斑不是兩個,而是一系列明暗相間的光條紋。

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這就是雙縫幹涉實驗,實驗表明光既有波動性,同時又有粒子性,對于光的粒子性,愛因斯坦提出光子的概念已經證明了,但對于光的波動性,那又是怎麼回事呢?

為了證明光的波動性,邁克耳孫和莫雷在1927年做了一組光速測量實驗,實驗中他們發現,無論地球在哪裡,光速都是不變的,這就是著名的邁克耳孫-莫雷實驗,這證明了光是一種波動,正是由于光有波動性,是以光才能夠産生幹涉現象。

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但是愛因斯坦提出的光子概念能夠解釋雙縫幹涉實驗這樣的實驗現象,并且還能夠給出光子的能量和動量的定量關系,是以光子概念雖然是愛因斯坦提出來的,但是光子概念卻是實驗的王道,是以費恩曼說,光子概念是用光證明光的。

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二、哥本哈根解釋.

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1925年,德布羅意提出了物質波的概念,他認為,如果光既有波動性,那麼物質也應該有波動性。

之後薛定谔在1926年提出了薛定谔方程,這是量子力學的基礎方程,通過薛定谔方程,科學家們開始對量子力學進行更深的探索。

薛定谔方程的波動性質引發了科學家們的思考,波動性質是什麼?

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但是科學家們對這個問題并沒有進行太多的研究,反而對光子概念進行了更深入的研究,最終哥本哈根學派提出了解釋量子力學的觀點,他們認為,量子力學的核心思想就是不确定性。

這個不确定性展現在兩個方面,一方面是測不準原理,另一方面是量子糾纏現象。

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哥本哈根學派的觀點得到了許多科學家的認同,但是也有許多科學家對哥本哈根學派的觀點進行了質疑,其中最有名的就是愛因斯坦和薛定谔之間的争論。

愛因斯坦認為哥本哈根學派的觀點是不完備的,薛定谔則認為哥本哈根學派是正确的,他們之間的争論主要是圍繞着量子力學的解釋展開,其中最有名的就是薛定谔的貓實驗。

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薛定谔提出,當一個封閉的系統處于疊加态時,這個系統既是A狀态,又是B狀态,直到觀察者觀察到這個系統時,這個系統就會處于A狀态或者B狀态,而不會是A狀态和B狀态混合在一起的疊加态。

薛定谔的貓實驗是這樣的,有一個密封的箱子,箱子裡有一隻貓,同時還有一個放射源,放射源有一半的機率能夠發射出一個粒子,這個粒子有一半的機率能夠觸發一個探測器,觸發探測器後會殺死貓,另一半的機率不會觸發探測器,這樣貓就存活了下來。

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薛定谔認為,當箱子不被打開的時候,這個系統就是一個疊加态,這個系統既是活貓,又是死貓,直到箱子被打開的時候,貓才會是活貓或者死貓,不會是活貓和死貓的疊加态。

這個實驗就是著名的薛定谔的貓實驗,但是這個實驗在很長的一段時間内是無法完成的,直到1980年,科學家們才完成了薛定谔的貓實驗。

三、量子糾纏的無解謎題.

費恩曼:沒人能懂量子力學,超光速10000倍的量子糾纏是無解謎題

那麼哥本哈根學派為什麼提出量子力學的核心思想就是不确定性呢?

這就是量子糾纏現象的原因了。

量子力學的不确定性展現在測不準原理和量子糾纏上,而量子糾纏又是什麼呢?

德國科學家在1935年提出了量子糾纏的概念,量子糾纏是指當兩個粒子發生糾纏時,當一個粒子的狀态被測量時,另一個粒子的狀态就會被限制,無論這兩個粒子之間的距離有多遠,當一個粒子的狀态被測量時,另一個粒子的狀态就會瞬間被測出來。

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量子糾纏現象實際上就是愛因斯坦所謂的“鬼魅般的互相作用”。

量子糾纏現象在1935年提出後,直到1997年才被證明。

1997年,奧地利科學家首次在實驗中證明了量子糾纏現象,這就是著名的阿斯佩爾實驗。

阿斯佩爾實驗首次證明了量子糾纏現象,實驗中,科學家使用了兩個高純度的锶原子,這兩個原子被激發到一個高能态,然後通過輻射的方式将這兩個原子的狀态進行糾纏。

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這兩個原子之間的距離有幾百米遠,這樣就能夠證明量子糾纏現象的非局域性,科學家通過測量其中一個原子的狀态,發現另一個原子的狀态會立即發生改變,這就是量子糾纏的非局域性。

量子糾纏現象的非局域性破壞了愛因斯坦的相對論,愛因斯坦的相對論是建立在光速是最快的速度上的,但是量子糾纏現象在瞬間實作了跨越幾百米的距離,這個速度至少是光速的10000倍,這就挑戰了之前的科學理論。

量子糾纏現象是量子力學的核心思想,但是目前科學家們對量子糾纏現象仍然沒有給出一個完善的解釋,這就是費恩曼說“沒有人懂得量子力學”的原因。

結語

費恩曼不僅是量子力學領域的重要科學家,他還是納米技術的貢獻者,20世紀50年代,費恩曼首次提出了納米技術的概念,他在講座中提出,通過操縱原子和分子來進行制造,這就是納米技術的雛形。

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此外,費恩曼還是挑戰者号失事原因的查明者,1986年,挑戰者号發生爆炸事故,導緻機組人員全部喪生,美國政府對這起事故進行了調查,費恩曼就是調查的專家之一。

費恩曼通過實驗發現,導緻挑戰者号失事的原因是密封圈在低溫環境下變硬,這導緻密封圈的彈性減弱,密封圈破裂,氣體洩漏,最終導緻了挑戰者号的失事。

量子力學的不确定性和詭異性使其成為科學界的一個難題,但是正是它的這種詭異性,為科技創新帶來了無限可能性。

但是我們對于量子力學的解釋仍然有着許多的争議,正如費恩曼所說,沒有人懂得量子力學。

費恩曼:沒人能懂量子力學,超光速10000倍的量子糾纏是無解謎題

薛定谔的貓實驗和費恩曼的觀點都證明了對于微觀世界的了解和解釋仍存在着争議和未知。

挑戰者号事故揭示了科學家在事件調查中的重要作用,科學家的貢獻不僅在于科學研究,還在于解決實際問題和保障人類安全。