量子纠缠的“纠缠”到底是怎么回事?
▍量子纠缠的“纠缠”到底是怎么回事?
10年前,我父亲患了急性尿毒症,在最后的求医日子里他被送到离家200百公里外的医院治疗。当时我在距离千里之外的外省上大学,母亲只是打了个电话告诉我不要担心,让我好好学习,父亲由她照顾着。
当时我还跟父亲通了电话,我问他感觉怎么样,他带着很困倦的语气告诉我说感觉很累,不想再去看医生了。我像安慰小孩一样安慰他几句之后感觉眼泪要溢出来就匆匆挂了电话。
因为最后他也没有跟我交代后话什么的,所以我当时认为他应该还撑得住,应该不会有事。
但是那一天,我整天都心神不安,我满脑子都是他的葬礼,我的眼泪止不住地流。
后来同学发现我的异常过来安慰我,我才不去想那些东西。
期间我还打了两个电话给我的母亲,问父亲的情况,答复都是如常。
但是当天晚上七点钟左右的时间,我突然觉得心口非常难受,难受到要大口大口呼吸,然后眼泪像决堤一样流。
脑袋里异常清晰地回放着我和我父亲的日子。
我意识到不好的事情发生,我不停地拨打我母亲的电话,但是电话那头一直无人接听。我一直狂打到晚上九点多,那头才有一把陌生的声音告诉我:你爸走了,你妈晕倒了。
然后我整个人完全崩溃,控制不住上蹿下跳,像疯了一样。
处理完父亲的葬礼之后,我问我妈父亲是不是那晚七点左右的时间走的。
我妈很诧异地问我是怎么知道的。
我说感觉到。
然后我们再也没有提过这回事。直到多年之后,我看到这个“量子纠缠”的研究,我深深的相信量子纠缠是存在的,它很大可能就是我们中国人所说的“心灵感应”。未有具体研究之前,它曾经是看不见摸不着的,有了深入研究之后,赋予了它拥有一个科学骨架,有了具体的模型。
就像十年前那天晚上,父亲离去的一刹那,我代替他大口大口地呼吸,脑海里走马观花地回顾着他的一生,传递我是他这个世界上唯一可以“纠缠的量子”,代他向这个世界道别。
▍量子纠缠的“纠缠”到底是怎么回事?
关于量子纠缠中的“纠缠”,有人举了一个有趣的例子:
假如你有一个女儿嫁到了北京,而你在广东,父女俩没有任何联系。有一天,女儿生了一个大胖小子,而你依然没有接到女儿报喜的电话或书信,但是在小孩出生的那一刻,你已经成为外公了。
量子纠缠与此类似,一对纠缠的量子,不管相隔有多远,只要其中一个量子发生改变,另一个量子马上就会有相应的变化,这种变化不受时间和空间的影响。
量子纠缠与“喜当外公”一样吗?
刚才举了“喜当外公”的例子,只是想说明量子纠缠发生的时候,不受时间和空间的约束,但实际上这两者之间还是不一样的。
首先,两个量子之时的相互改变,是以运动形式展示出来的。比如一对纠缠的量子分别是A和B,A以顺时针方向旋转,B以逆时针方向旋转,这样彼此间形成了纠缠状态。如果把A留在地球,把B送到冥王星,此时它们仍然会以最初的状态纠缠,但是当其中一个量子发生改变时,另一个量子就会马上改变,注意,是马上,没有时间延时,瞬间!
“喜当外公”的例子则不一样,那只是称谓上的改变。女儿生了儿子,女儿升级成了妈妈,女儿的爸爸也相应升级成外公。然而“女儿”、“儿子”、“妈妈”、“外公”,这些称谓都是人类发明的,称谓的改变并没有带来物体的运动。
其次,量子纠缠可以是一对量子,也可以是多个量子之间,只要它们形成了纠缠态,不管分开多远的距离,这种纠缠态就会一直存在,没有形成纠缠的量子之间不存在这种现象。量子纠缠必须是形成纠缠的量子影响着彼此。
“喜当外公”的例子中,如果女儿是其中一个量子,父亲是另一个量子,而生下的婴儿就是第三个量子。可能有人会说,婴儿我们可以不管,只要女儿生了小孩,父亲就是外公,但是父亲成为外公的前提是必须要有婴儿的存在。
换句话说,是婴儿影响了父亲,让他成为外公,但婴儿并不是最初的纠缠量子,因此这个例子不符合量子纠缠。
那么量子纠缠到底是怎么回事?
量子纠缠,通俗来说就是纠缠的量子之间跨越时空相互影响,不管相隔有多远,依然可以“感应”到对方。
是什么让这些纠缠量子之间保持着“即时通讯”呢?
根据爱因斯坦的理论,世界上没有任何物体的运动速度可以超过光速,但是量子纠缠的感应速度已经远超光速。如此快速的信息传递,靠的是什么?
目前科学家还没有找到纠缠量子之间通讯的“介质”,而且在整个量子力学中,还有很多未解之谜等待着科学家们去解答。比如“双缝干涉实验”,观察和不观察,光子的运动会出现两种不同的结果,这里又有什么力量在操纵着实验呢?
不过关于量子纠缠的原理,网络上有不少猜想,有些还是不错的:
量子质量论:量子没有质量。根据爱因斯坦的相对论,任何物体的运动速度都不可能超过光速,这里的物体是指有质量的物体。量子没有质量,因此它的运动速度就可以超过光速。
再根据狭义相对论,物体速度越快,时间就越慢,当达到光速的时候,时间就会停止。量子没有质量,能够超光速运动,所以量子之间的时间也是静止的,换句话说,它们拥有了“瞬移”的能力。
量子有了瞬移能力,纠缠量子之间不管相隔多远,也能保持着纠缠状态。
空间折叠论:我们学几何的时候,都学过“两点之间线段最短”这个知识吧?实际上,两点之前最短的距离是相互折叠。
哆啦A梦向大雄介绍任意门的时候,就普及了折叠空间的知识:在白纸上画两个点,按照传统知识,用直尺将两点连起来就是最短的距离,但还有更短的,那就是将纸折叠起来,让两个点重合,这样两个点几乎贴在一起,没有比这个距离更短了!
纠缠量子之间如果存在折叠空间,不管它们被分开多远的距离,实际上也是紧紧贴合在一起,只是这种折叠状态不能被我们肉眼所观察。
以上两种猜想,虽然看似脑洞大开,但我觉得还是非常不错的,科学就是要敢于想象。量子力学刚开始的时候,所有的理论几乎都是猜想,因为量子实验的门槛非常高,科学家从第一次对量子纠缠进行实验到现在已经过了七十年,中间的难度和艰辛可想而知。
量子纠缠的应用
科学家们花费了大量的精力去研究量子纠缠,到底有什么用呢?
有人觉得,量子力学太玄乎,“遇事不决,量子力学”,所以觉得量子力学不靠谱,有点像科幻电影,与我们的现实生活也相差甚远。
这种想法完全是错误的,就拿量子纠缠来说,如今已经开始被应用于信息加密领域,而且量子加密手段比传统的电子加密更安全,传递速度也更快!
量子有一个非常有意思的特点,那就是不能被观察,这也是量子力学中微观粒子具有叠加态的特征。如果去观察粒子,这种叠加状态就会塌缩掉,这时候我们就可以知道这段加密信息已经被人窃取。
利用量子纠缠进行信息加密,这是目前最安全的信息加密手段。
举个例子,A和B之间需要通讯,他们不想被别人窃听,于是建立一个密钥,双方输入这个密钥就能够正常通讯,别人不知道密钥,所以无法窃听。
但是这个密钥如何让双方都知道?我想一个,然后打电话告诉你,或者你想一个,再打电话告诉我?不管谁想出来的密钥,都要先通过某种介质告诉对方,这样双方才能建立连接。但是密钥在传递过程中就是最容易被窃取的!
如果利用量子纠缠进行密钥分发就完全不同了。我们国家的墨子号卫星就成功实现了利用量子纠缠技术,对相隔1200公里的两个基站进行密钥分发。
过程是这样的:墨子号卫星将纠缠的光子分别发射给两个基地,由于光子之间保持纠缠状态,因此双方收到后可以得到完全一致的信息。光子同时具备了量子力学里的叠加状态,所以不能被观察,如果传输过程中的光子被获取或者观察,那么被观察的光子就会塌缩,窃听行动就暴露了。
结语
量子力学非常有趣,或许在未来的某一天,这门学科可以改变我们的生活,让很多科幻电影里才有的情节,也可以出现在我们的生活中。
大家对量子纠缠有什么看法呢?欢迎在下方评论留言。
▍量子纠缠的“纠缠”到底是怎么回事?
简单来讲;量子纠缠实质上就是带电粒子振荡运动时对外释放出的一种超距电性电力感应影响作用,它们的关系就是超距的感应关系和超距的被感应关系,发生感应和被感应的时候就是纠缠,不过这里必须强调一点;量子纠缠不是量子质量体接触性运动mU的动量力学纠缠,而是超距作用的电性电动力学纠缠。
▍量子纠缠的“纠缠”到底是怎么回事?
假设现在有一个不透明的箱子,里面放着一颗红球和一颗白球。然后我们把手伸进箱子里,拿起其中一个球。
这个时候我们拿的球是红色的还是白色的其实已经确定了,无非是箱子挡着看不见球的颜色。
接下来把球拿出来一看,哦,红色,然后我们就知道箱子里剩下的那个球是白色的。这个逻辑非常好理解对吧,生活中的常识告诉我们,事情就应该是这个样子的。
接下来让我们把箱子里的两个小球换成量子,反直觉的事情发生了。
在量子力学的场景下,当我们拿起其中一个球的时候,这个球的颜色是不确定的。这个不确定指的不是被箱子挡着看不见球的颜色,而是指我们手中拿的不是一个球,而是一团概率云。这团概率云有50%的几率坍缩成一颗红色,有50%点几率坍缩为一颗白球。
就在我们把这团概率云拿出箱子观测到的一瞬间,它坍缩为了一颗具体的小球,可能是红色,也可能是白色。
这里诡异的地方在于,即使我们每次拿出箱子的都是同一颗小球,它每次拿出来的颜色都会不一样,而是随机出现不同的颜色。
然后更诡异的事情来了,当我们拿出来看到的是一颗红色小球的时候,箱子里那颗小球的颜色变成了白色。反过来,当我们拿出来的小球是是白色的时候,箱子里剩下的那颗小球瞬间变成了红色。
我们先选定了一颗小球,然后箱子里剩下一颗小球。接下来把小球拿出来观测的这个后发生的事件,反过来改变了原先剩下的那颗小球的状态。这就是倒果为因,未来发生的事情,反过来影响了过去已经发生的事件。
量子纠缠之间的关联,是一种超越时间与空间的联系。如果有一天人类真正解开了量子纠缠的谜团,那么改变过去说不定会变成一件可能的事情。
▍量子纠缠的“纠缠”到底是怎么回事?
如果你能读懂我的网名:合竞共赢,就理解量子纠缠是什么意思了。量子纠缠讲的是微观世界的事情,和我们现实世界差距太大,有没有好的方法帮你理解?量子力学获得了今年的诺贝尔物理学奖,引起了大家对量子纠缠的兴趣,希望尽快了解一下它的核心思想,遗憾的是很多人都读不懂。读不懂是正常的,读得懂却是反常的。当年爱因斯坦都读不懂,不接受量子纠缠。如果大家都能理解,读懂量子纠缠,那不是比爱因斯坦还厉害。
量子纠缠有没有在现实生活中应用的实例呢?当然有,叫量子博弈。量子博弈是相对于经典博弈而言的。经典博弈中博弈双方仅有合作或竞争两种策略,博弈的结果往往陷入囚徒困境。
量子博弈说的是:当两个人博弈时,博弈双方使用的不是合作或竞争策略,而是合作与竞争的叠加态,即量子策略;当达到最大纠缠度时,实现了帕累托最优,避免了囚徒困境。这个模型当中最难理解的就是量子策略,量子策略是合作与竞争的叠加态。当博弈双方都使用量子策略的时候,两个纠缠在一起的博弈双方就实现了共赢,用我的话来讲,这叫合竞共赢。
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