量子纠缠速度超光速10000倍,量子之间为何会产生纠缠?

B站影视 电影资讯 2025-04-07 16:08 1

摘要:爱因斯坦秉持经典物理学观念,认为量子力学中诸如量子纠缠这类难以预测的 “诡异” 现象 —— 他称之为 “鬼魅般的超距作用”,根源在于现有理论的不完备。他坚信存在尚未被发现的深层次隐性规律,即 “隐变量”。一旦找到这些隐变量,量子世界的种种现象便能得到合理预测,

量子纠缠,作为量子系统中的独特现象,其背后理论深邃复杂,即便物理学界的顶尖大师,也难以用三言两语解释清楚。

20 世纪,以爱因斯坦为首的经典物理学派与 “哥本哈根派” 就量子力学的诸多问题各执一词。

爱因斯坦秉持经典物理学观念,认为量子力学中诸如量子纠缠这类难以预测的 “诡异” 现象 —— 他称之为 “鬼魅般的超距作用”,根源在于现有理论的不完备。他坚信存在尚未被发现的深层次隐性规律,即 “隐变量”。一旦找到这些隐变量,量子世界的种种现象便能得到合理预测,不再显得诡异。

爱因斯坦的那句 “上帝不会掷骰子”,正是他这一观点的生动写照。薛定谔、贝尔等科学家也站在了他这一方。

与之相对的 “哥本哈根派”,代表人物包括波尔、波恩、海森堡等,他们的理论被称作 “哥本哈根诠释”。

这一学派强调以观测事实为依据,主张粒子的波粒二象性、不确定性原理、波函数塌缩以及量子纠缠等奇异特性,本就是量子世界的固有属性。他们的理念更倾向于 “别去管上帝能做什么”,仿佛在暗示 “上帝真的在掷骰子”。

这场争论中,“哥本哈根诠释” 最终占据了上风。

即便爱因斯坦、波尔等大师相继离世,争论的余音仍未消散。由于量子纠缠本身不携带信息,我们无从得知身处 “量子态” 的他们是否还在另一个世界继续争论。

值得一提的是,曾支持爱因斯坦隐变量理论的约翰・斯图尔特・贝尔,为了证实爱因斯坦的观点,提出了一个逻辑严密的数学不等式。按照设想,若该不等式成立,爱因斯坦的理论便将得到证实。然而,无数次实验结果都令贝尔失望 —— 不等式并不成立。

后续众多科学家的验证,进一步确认了这一结果,由此否定了爱因斯坦所主张的隐变量的存在,为 “哥本哈根派” 提供了有力支持,宣告了 “哥本哈根诠释” 的胜利。

这一系列结果表明,量子纠缠、测不准定律以及波函数坍缩等现象,的确在微观领域客观存在。但遗憾的是,它们为何存在,至今仍是未解之谜。量子纠缠的本质究竟是什么?粒子之间为何会产生纠缠?

科学界尚未形成一个完备的理论来进行解释。

那么,究竟什么是量子纠缠呢?

量子纠缠是量子力学中用于描述粒子特性的重要概念。当几个粒子相互作用后,它们原本各自的特性会消失,进而融合为一个具有整体性质的系统。

此时,人们无法单独描述某个粒子的性质,而只能对整个系统的性质进行刻画。即便将这些粒子分隔至遥远的距离,这种整体性依然存在。从理论上来说,量子纠缠的距离可以无限远。最为神奇的是,根据不确定性原理,对粒子的测量会改变其运动状态,而这种改变会瞬间传递到与之纠缠的粒子上,无论它们相距多远。

举例来说,假设有 A 和 B 两个处于纠缠态的粒子,一个左旋,一个右旋。当把它们分置于相距甚远的两地后,一旦对 A 粒子进行测量,使其运动状态变为右旋,那么远在另一端的 B 粒子会立即变为左旋;反之,测量 B 粒子,A 粒子也会相应发生改变。

2016 年,我国成功发射的墨子号量子科学实验卫星,证实了处于纠缠态的两个光子,即便被分隔 1200km,依然能保持这种纠缠特性。2019 年 7 月 12 日,英国格拉斯哥大学的科学家团队首次拍摄到了量子纠缠的照片,并将这一成果以《贝尔非局域相互作用的成像》为题,发表在《科学进展》学术期刊上。

应该如何理解量子纠缠现象呢?

量子纠缠的 “诡异” 特性引发了人们的诸多猜想,甚至一些神鬼玄学和迷信群体借此宣称,最微小的粒子也具有意识,以此来解释超距作用。然而,主流科学界认为,量子纠缠只是粒子世界的固有属性,是一种客观存在,与意识毫无关联。

目前,科学界虽然尚未完全揭示量子纠缠现象的内在机理,但主流理论归纳出了量子纠缠的三个基本特征:其一,这种现象仅存在于量子世界,在宏观世界中从未出现,宏观世界遵循经典物理学理论,如爱因斯坦相对论和牛顿力学等;其二,量子纠缠并不传递能量和信息,因此并不违背光速最快这一原则;其三,量子纠缠的超距作用无限远这一特性,永远无法在实践中得到证实。

为何量子纠缠现象仅出现在量子世界呢?因为在宏观世界里,从未观测到类似现象,宏观世界的一切都遵循经典物理学规律。

这也意味着,试图利用量子纠缠理论实现宏观物体的超距传输,不过是天方夜谭。在一些科幻作品以及部分人的想象中,常常幻想借助量子纠缠的特性,将猫、人甚至宇宙飞船瞬间传送到光年之外,这实际上脱离了量子纠缠理论的范畴。

既然量子纠缠具有超距作用,为何又不携带信息和能量呢?

我们可以通过一个通俗的比喻来理解:有两姐妹分别生活在不同地方,当姐姐生育孩子的那一刻,妹妹便自动成为小姨。这种身份的变化是瞬间发生的,无论姐妹俩相隔多远,也不受她们主观意愿的影响。然而,在妹妹接收到相关信息之前,她并不知道这一变化。而姐姐要将这一消息传递给妹妹,就必须借助宏观的信息传递方式,最快的方式便是通过光速传播的电磁波,比如打电话。

至于为何无法验证量子纠缠超距作用无限远,是因为人类永远无法将一个处于纠缠态的粒子传送到无限远的地方。

以人类目前的科技水平,飞行器甚至都无法飞出半径 1 光年的太阳系,更别提将粒子传送到无限远了。就像前面提到的姐妹分隔的例子,要将姐妹俩分隔至无限远,就需要借助宏观的移动方式,无论是乘坐火车、飞机还是宇宙飞船,都无法做到将她们分隔至无限远,即便以光速移动也难以实现。

因此,虽然从理论上讲,量子纠缠传播可以无限远 —— 就像无论姐妹俩相隔多远,姐姐生育孩子后妹妹都会自动升级为小姨 —— 但在实际操作中,这一特性永远无法得到证实。

需要强调的是,上述比喻并不十分严谨准确,仅旨在帮助大家通俗地理解量子纠缠虽具有超距作用,但并不传递信息和能量这一特性。如有不当之处,欢迎大家批评指正。

此外,还有一个常见的误解,即认为量子通讯是利用量子纠缠的速度来实现通讯。

实际上,这种理解是错误的。目前,以潘建伟等科学家为代表的研究团队所开展的量子通讯研究,主要是通过量子纠缠分发和隐形传输技术,借助量子不确定性原理、波函数坍塌原理等,实现通讯速度更快、保密性更强的目标。

这里的 “更快”,并非指信息传播速度超越光速,而是指每秒能够传输的数据量更大,例如每秒可传递 5G 流量;而 “保密” 则体现在量子密钥不可克隆,通讯过程难以被监听。

综上所述,量子本身并没有意识,未来也不可能通过量子纠缠理论实现超距即时的能量和信息传输,更无法实现物体或人类的瞬间转移。然而,随着科学家对量子力学研究的不断深入,我们对世界本质的认识也将愈发深刻,这无疑将推动整个人类文明迈向新的高度。

来源:宇宙探索

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