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量子纠缠的超距作用,到底传送了什么,未来能够将人瞬时传输吗?

量子纠缠具有超距作用,理论上无限远。其内在机制到底什么呢?许多人都想弄清楚,尤其是一些瓜友们闹得心痒痒的,由此生发出许多想象。

其实,量子纠缠现象大师们都很难说明白。

量子纠缠是量子系统的一种现象,理论很复杂,要说清楚很难。对于量子世界的奇异特性,不但我们瓜民们如雾里看花,就是物理学大师们也有不同看法。为了弄清这些问题,上世纪一些物理学、量子力学大师们曾经有过一次剧烈的争论,代表人物都是量子力学的鼻祖。

以爱因斯坦为首的经典物理学派认为,量子力学里面的一些无法预测的“诡异”现象,如量子纠缠“鬼魅般的超距作用”,主要是其理论尚不完备,有一些深层次隐性规律还没有被人们所认识,他把这种规律称为隐变量,只要找到这些隐变量,这些现象就不诡异了,就可以预测了。爱因斯坦的口头禅是“上帝不会掷骰子”,支持他的有薛定谔、贝尔等。

争论的对方叫“哥本哈根派”,其代表人物有波尔、波恩、海森堡等,他们的理论被称为“哥本哈根诠释”。核心是坚持观测事实,认为粒子的波粒二象性、不确定性原理、波函数塌缩、量子纠缠等奇异特性,是量子世界的固有特性。它们更像是“别去管上帝能做什么”,似乎“上帝真的在掷骰子”。

最终哥本哈根诠释胜出。

一直到爱因斯坦、波尔等大师们都到天堂去了,争论依然没有结果。他们在天堂是不是还在争论我们也不知道,因为“量子纠缠”本身不携带信息,我们无法知晓变成量子的爱因斯坦们在干什么。倒是曾经支持爱因斯坦隐变量理论的约翰・斯图尔特・贝尔,一直孜孜不倦地想证实爱因斯坦正确,他提出了一个逻辑严密的数学不等式,只要这个不等式成立,爱因斯坦就胜出。

但结果令他失望,反复的实验,不等式都不成立。后来又有许多科学家验证了这个不等式,确切地证实了这个不等式不成立,从而判定爱因斯坦所主张的隐变量不存在,支持了哥本哈根派,哥本哈根诠释完美胜出。

这个结果传到依然在天堂争论的爱因斯坦和波尔们那里,不知他们作何感想,是不是会偃旗息鼓呢?

这个结果说明,量子力学里的量子纠缠、测不准定律、波函数坍缩确实在微观领域存在,但为什么存在呢?没人知道,因此量子纠缠的本质到底是什么,为什么会纠缠,没有一个完美的理论解释。

那么何谓量子纠缠呢?

这是量子力学里面描述粒子特性的一个概念,说的是当几个粒子在一起相互作用后,其原来各自的特性就会消失,而综合成整体性质,人们无法将这些粒子区分单独描述某个粒子性质,只能够描述整体系统的性质。

即便把这些粒子分开到很远距离,它们的这种性质依然存在。理论上认为量子纠缠距离可以达到任意远,最诡异的就是,根据不确定性原理,测量粒子会让粒子运动发生改变,这种改变会瞬间传递到任意距离纠缠着的粒子,让其运动同时改变。

如A和B一对纠缠着的粒子,它们的纠缠状态是一个为左旋,一个为右旋,把它们分开放在距离很远的两地,只要测量A粒子,其运动发生改变成为右旋,那个在远方B粒子一定会变为左旋;而测量B粒子,则A粒子同样会发生改变。

我国的2016年发射的墨子号量子科学实验卫星,证实了在1200km距离处于纠缠态的两个光子依然保持这种性质。2019年7月12日,英国格拉斯哥科学家们首次拍摄到量子纠缠的照片(上图),这项成果以《贝尔非局域相互作用的成像》论文发表在《科学进展》学术期刊上。

怎么理解量子纠缠?

量子纠缠的“诡秘”特性让人们产生了许多猜测,甚至引起了一些神鬼玄学迷信群体的兴奋,认为最微小的粒子都有意识,所以才会有超距作用。但主流科学界认为,量子纠缠就是粒子世界的固有特性,是一种客观存在,并非其有什么意识。

科学界现在对量子纠缠这种现象的机理还没有弄清,但主流理论认为,量子纠缠至少有三个基本特征:一是这种现象只存在于量子世界,不会在宏观世界出现;二是量子纠缠不传递能量和信息,因此不违背光速藩篱;三是超距作用无限远永远也无法证实。

如何理解量子纠缠现象只出现在量子世界?就是在宏观世界从来也没有这种现象,遵循的是经典物理学理论,包括爱因斯坦相对论和牛顿力学等。这也说明利用这个理论实现超距传输是不可能的。在一些科幻作品和一些人想象中,老幻想着利用量子纠缠这种特点,将一只猫或者一个人或者一艘飞船,瞬时传递到光年以外,这些都不属于量子纠缠理论范畴。

那么既然量子纠缠具有超距作用,为什么不携带信息和能量呢?这里我们可以用一个更通俗的比喻来理解:有两姐妹分居两地,姐姐生了一个孩子,妹妹自然升级为小姨了,这种变化是瞬间的,不管她们距离多远,也不管她们愿不愿意,都会自然地发生这种变化。

但妹妹在接到传递的信息前,并不知道发生了这种变化,而姐姐把这个信息传递给姐姐,就要使用宏观信息传递手段了,传递最快的速度就是光速,打个电话,电磁波就传给了妹妹了。

为什么无法验证量子纠缠超距作用无限远呢?这是因为人类永远也无法将一个被纠缠着的粒子传送到无限远,现在人类的飞行器连1光年半径的太阳系都出不了,何况无限远?比如前面说的那姐妹分开的问题,她们就像需要分开纠缠着的两个粒子,要分开多远,就要用宏观的方式移动,无论是坐火车还是坐飞机做宇宙飞船,把姐姐或者妹妹送到无限远是做不到的,即便光速也做不到。

因此量子纠缠传播无限远,理论上可以做到,因为两姐妹不管分开多远,姐姐生了孩子,妹妹都会自动升级,但在实践中永远无法证实。

这种比喻不够严谨准确,只是为了帮助大家通俗理解量子纠缠虽然有超距作用,但并不传递信息和能量。不当之处,欢迎纠正和拍砖。

量子通讯不是用量子纠缠速度通讯。

现在量子通讯常常被一些人误认为信息传输比光速还快,可以做到无延时通讯,这种理解是错误的。现在潘建伟等科学家正在研究的量子通讯,主要是通过量子纠缠分发和隐形传输,利用量子不确定性原理、波函数坍塌原理等,让通讯更快、更保密而已。

这个传输速度更快不是传播速度超过光速这种速度,而是每秒钟传输的数据量更大,如每秒可传递5G流量;保密是指密匙不可克隆,且通讯不可监听。

因此,从量子纠缠的这些基本特性,我们可以了解到,量子是没有什么意识可言的,未来也不可能通过这个理论来实现超距即时能量和信息的传输,更不可能实现任何物体或人类的瞬时转移。但随着人们对量子力学研究的深入,对这个世界的本质将认识越来越深刻,从而推动整个人类文明的进程。

就是这样,欢迎讨论,更细阅读。

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