爱因斯坦有这样一句名言:“上帝不会掷骰子”,很长一段时间内,这段话都被人当作真理,但如今,它受到了挑战!2022年的诺贝尔物理学奖发表了有关量子纠缠的研究成果,那么,它究竟说了什么呢?
1925年,哥本哈根学派代表人海森堡发现,电子的运动其实是没有轨迹的,是随机的。也就是说,一个量子系统,可以同时存在两种状态。你没有探测它的时候,它是一种状态,而当你观测它的时候,它又瞬间坍缩到另一种状态。这就是著名的“不确定原理”。
那么,什么是“量子纠缠”呢?比如说,在距离地球一万光年的地方,有一颗行星发生了爆炸,按照相对论的说法,宇宙中最快的速度是光速,所以人类只有在一万年之后才能观测到这件事。也就是说,只有行星发生了爆炸,我们才能观测到它,之所以说,先有因后有果,也是因为光速是无法被超越的。
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而量子纠缠理论认为,在微观世界内的两个粒子,可以跨越距离的限制,在一瞬间感应对方的状态。这就好比我们可以在没有观测到行星图像之前,通过一种特殊办法,提前“预知”行星会不会爆炸,这就是先有“结果”后有“原因”。但是也违背了“光速不可超越”这个理论,所以爱因斯坦认为量子纠缠根本不存在。
就这样,支持爱因斯坦的一派和哥本哈根学派争论了许久,最终一个叫做约翰·贝尔的物理学家提出了贝尔不等式,只要判断这个式子是否成立,就能验证量子纠缠是否存在。而今年的诺贝尔物理学奖其中一位获得者就成功设计了贝尔不等式的实验,证明了量子纠缠的存在,爱因斯坦最终还是输了,原来上帝还真的是个“赌徒”。
虽然这次咱们证明了量子纠缠的存在,对传统的“因果论”提出了质疑,但是这并不代表咱们的世界就是完全随机的,世间万物的运行还是遵循着一定的规律,只不过这种规律目前还是未知的。
最后咱们再来探讨一下目前人类关于量子力学比较流行的两种假说。其中最流行的一种叫做“整体论”。什么意思呢?它是说处于纠缠状态下的一对量子,其实它们根本就是一个整体。比如说一双鞋是一个整体,你每次随机取其中一只,那另一只自然也就确定了是左脚还是右脚。两只鞋之间是一种逻辑关系,而不是纠缠关系。
在宏观世界中我们认识的整体是不能被分割的,要不然也不能称为整体了,但是量子世界里一个整体中的分割体之间可以距离很远,甚至是无限远,这一点呢,与我们的常识是完全不同的。所以说呢,如果我们想要用整体论去解释纠缠现象的话,还需要进一步弄清楚量子世界里微粒子之间的基本关系。
还有一种说法就是高维空间论。比方说,在你面前有一张三腿凳子,凳子腿所接触的地面,咱们可以看成是一个二维世界,三个凳腿的接触点就形成了三个圆圈。假设有一只二维生物路过,看到了其中一个圆圈,随手推了一下,从而移动了凳子,那么另外两个圆圈也会跟着移动。在二维生物的眼中,这三个圆圈虽然是分开的,但它们之间一定存在着某种纠缠关系,否则怎么可能会出现如此神奇的现象。
所以,对于三维生物的我们来说,所谓的量子纠缠也只不过是高维世界物体的一个投影,它们本身就是一个整体,只是我们无法看到也无法理解高维物体是什么样的,这才有了“量子纠缠”的定义。
来自:科普毛老师