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量子纠缠,看似“荒谬”实则暗藏玄机,它曾让爱因斯坦困扰

量子纠缠是量子力学中最奇怪的事情,因为它会产生"幽灵般的超距离效应"。在未来的世界里,人类可能能够通过量子纠缠"瞬间移动",将人体或物体从一个地方传输到另一个地方。

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爱因斯坦曾经说过量子力学没有错,到目前为止,它还不够完整,无法找出可以准确预测事物的关键元素。

尽管爱因斯坦发表了上述言论,玻尔仍然无动于衷。虽然爱因斯坦说,"上帝不会掷骰子,"玻尔回答说,"不要告诉我上帝应该做什么。但在1935年,爱因斯坦认为他终于找到了量子力学的致命弱点。这个事件是如此奇怪,以至于它违反了宇宙中的所有逻辑,爱因斯坦认为这是证明量子力学不完整的关键 - 被称为"量子纠缠"。

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< h2级"RichEditor-header-two">Pol与艾尔的战斗</h2>

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历史上量子力学最奇怪、最非理性、最疯狂、最荒谬的预言,就是"量子纠缠"。量子纠缠是从量子力学方程中获得的理论预测。如果两个粒子足够接近,它们就会纠缠在一起并连接某些属性。令人惊讶的是,量子力学表明,即使你将两个粒子分开,让它们朝相反的方向移动,它们仍然无法摆脱纠缠。

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为了理解量子纠缠是多么奇怪,我们可以以电子的"自旋"为例。与陀螺仪不同,电子的自旋总是可变的,直到你观察到它的那一刻。当你看它时,你会看到它要么顺时针旋转,要么逆时针旋转。假设有两个纠缠的电子对,当一个顺时针转动时,另一个逆时针转动,反之亦然。奇怪的是,它们并没有真正的联系。

玻尔和他的同事们相信量子理论,他们认为量子纠缠可以预测相距很远的电子对的状态,即使一个在地球上,一个在月球上,没有传输线连接,如果你观察到一个电子在某个时候顺时针旋转,另一个必须同时逆时针旋转。换句话说,如果你观察其中一个粒子,你不仅会影响它,而且你的观察也会影响它纠缠的伙伴,这与两个粒子之间的距离无关。这两个粒子之间这种奇怪的远距离连接,爱因斯坦称之为"幽灵般的超距离效应"。

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量子纠缠的神奇之处在于,当你测量一个粒子时,它也会影响另一个粒子的状态,即使两者之间没有联系,比如力、滑轮或电话线,也没有办法相互通信。这太奇怪了!

爱因斯坦不敢相信纠缠会以这种方式工作,所以他说服自己,是数学,而不是现实,犯了这个错误。他同意纠缠粒子的存在,但他认为有一种更简单的方法来解释为什么它们相互连接,而不涉及神秘的超远效应。他确信,一对纠缠在一起的粒子更像是一副手套。想象一下,把一对盒子打开放在两个盒子里,然后其中一个盒子放在你的保管下,另一个放在南极洲,在你打开盒子之前,知道盒子里有左手或右手手套。然后你打开盒子,如果你看到左手的手套,在这一瞬间,即使没有人在南极洲看到过盒子,你也可以看出右手有手套。

毫不奇怪,你打开盒子,显然不会影响另一个盒子里的手套。你旁边的箱子装有左撇子手套,而南极洲的箱子则装有右撇子手套,这是在最初分裂时决定的。爱因斯坦认为,所谓的纠缠态就是这样,电子的所有状态都是在它们彼此分离时确定的。

< h2类"RichEditor-header-two">玻尔和艾尔,谁是对的,谁是错的?</h2>

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玻尔所支持的量子力学方程表明,纠缠粒子即使相距很远也可以相互连接,而爱因斯坦不相信幽灵般的联系,并认为一切都在你观察它们之前就决定了。爱因斯坦说,粒子在被观察之前就决定了自旋的状态。你对爱因斯坦说,"那你怎么知道的?"他说,"如果你测量它,你会发现绝对的自旋。玻尔会说,"但这种自旋状态是由于你的观察。当时,没有人知道如何解决问题,所以这个问题被认为是一个哲学问题,而不是一个科学问题。在爱因斯坦于1955年去世之前,他仍然认为量子力学是一个不完整的理论。

< h2 类的验证"" "RichEditor-header-two" > Krause</h2>

1967年,在哥伦比亚大学,爱因斯坦挑战量子力学的任务是由一个年轻人完成的。当时,约翰·克劳塞(John Clauser)正在寻找天体物理学的博士论文。在阅读了爱尔兰物理学家约翰·贝尔(John Bell)的一篇鲜为人知的论文后,克劳斯认为他已经找到了一种实验方法来验证谁是对的,谁是错的。在这篇论文中,贝尔发现了如何验证纠缠粒子是否与幽灵效应相通,或者是否根本没有鬼魂,粒子的状态就像一副手套早已决定。贝尔甚至巧妙地使用数学计算来证明量子力学是错误的,正如爱因斯坦所认为的那样,如果幽灵效应不成立的话。理论物理学家贝尔已经证明,如果你能建造一个可以大规模生产和比较纠缠粒子的仪器,这个问题是可以解决的。

正如贝尔在他的论文中想象的那样,克劳斯设计了一种能够平息辩论的工具。"当时我只是一个笨拙的研究生,我很幸运有机会发现震惊世界的结果。克劳斯的仪器可以测量数千个纠缠的粒子,然后比较它们的自旋状态,但随着结果的消失,克劳斯感到惊讶和不高兴。"我一直在问自己:我做错了什么?"克劳斯重复了他的实验。不久之后,法国物理学家Alain Aspect进行了更清晰的测试,得到了更明确的结果,消除了所有的疑虑。

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Krause和Aspey的结果是惊人的,他们证明了量子力学的方程是正确的,纠缠是真实的,粒子可以跨越空间连接 - 测量其中一个确实可以立即影响其遥远的同伴,就好像跨越空间极限一样。爱因斯坦认为不可能有"鬼魂般的超距离效应",确实有。"再一次,我为我没有推翻量子力学而感到遗憾,因为无论是过去还是现在,我都很难理解量子力学。克劳斯说。

< h2级"RichEditor-header-two">瞬时移动技术</h2>

量子纠缠是量子力学中最奇怪的事情。即使我们无法理解,也不要问为什么,我们只能说世界显然是这样运作的。如果我们能接受这个世界如此奇特,我们能不能用这种"幽灵般的过顶效应"来做一些有用的事情呢?好吧,其中一个梦想是从一个地方"瞬间移动"到另一个地方,而不必穿过空间的中间。

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美国科幻剧《星际迷航》总是用"瞬间移动"的方法,把人从一个地方送到另一个地方。但这是科幻,量子纠缠能让梦想成真吗?事实上,瞬时运动的实验早已在非洲加那利群岛海岸附近进行。"我们选择在加那利群岛进行实验,因为那里有两个天文台,环境很好。维也纳大学的实验物理学家Anton Zeilinger说。泽林格的传输对象不是他自己或其他任何人,他试图利用量子纠缠来传输单个微小粒子,在这种情况下是光粒子,光子。

他首先在拉帕尔马的实验室中创造了一对纠缠光子,留下一个在拉帕尔马,另一个在140公里外的特内里费岛上激光。泽林格增加了第三个要传输的光子,使其能够与留在拉帕尔马的纠缠光子相互作用。然后,研究小组比较了两个光子的量子态,神奇的事情发生了。由于幽灵般的超距离效应,该团队能够利用这种比较将遥远岛屿上的纠缠光子转化为与第三个光子相同的东西,就好像第三个光子立即超越了海洋一样。

"这就像取出原始光子并在远处重建它一样。使用这种技术,泽林格已经成功地传输了数十个光子。

如果这项技术继续发展呢?既然我们的身体也是由粒子组成的,那么这项技术将来能用来传播人类吗?如果你在上海,你想在巴黎吃午饭,量子纠缠理论上可以在未来实现。你只需要把自己变成上海的一堆粒子,并将它们与巴黎的另一组粒子纠缠在一起。

想象一下,在上海的一天,你走进一个透明的圆柱形扫描室,设备开始粉碎你的身体,把它分解成基本粒子,扫描每个粒子。然后,操作员将量子态控制表传输到巴黎,在那里它用于重建身体粒子的确切量子态。

因为幽灵般的超距离效应,另一个你在巴黎形成了。这并不是说你身体的粒子从上海转移到巴黎,而是量子纠缠允许你的量子态在上海被采取,所以你的副本在巴黎。在巴黎成形的那个人确实是你,因为当你测量上海所有粒子的状态时,你已经被摧毁了。

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就目前的技术而言,我们离人体的"瞬间运动"还很远,但这种前景还是让我们深入思考。显然,你和上海和巴黎的人没有什么不同,因为根据量子力学,不是物理粒子造就了你,而是构成你身体的那些物理粒子所包含的信息,以及构成你身体的数百万个粒子中的信息,是可以传递的。但你仍然会问:我真的在巴黎的另一边吗?

"这是一个深刻的哲学问题,"Zee Linger说。到达接收站的个人是原来的个人吗?我说"原创"个体,应该包含原来个体的所有特征,如果是这样,那么可以认为是"原创"。

然而,人们的情绪往往是非理性的。克劳斯曾经说过:"我不想踏入那台机器。"

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