物理学界的绝大多数研究成果都建立在量子力学或相对论的基础上,其中的量子力学就好似一个物理巨人垂下的左手臂,甚至可以说量子力学自从建立起的一个世纪以来,已经将你我的世界观深层刻上了厚厚的基石并改变了我们生活。如今你可以不了解量子力学,但你日常使用的手机、电脑都在彰显着量子力学的无处不在。可以说人类社会的就是建设在量子力学这座地基之上,如果没有量子力学那我们的人生将是单调的,正是有了量子力学我们的人生才生出更多的色彩。
初次接触量子力学可能会认为它晦涩难懂,但稍微对量子力学有过了解的人就会知道,量子力学是研究“小宇宙”的基础理论,即研究原子、分子、电子等更多更小粒子的微观世界理论,而相对论只是研究宏观世界如恒星、星系等天体的理论。尽管量子力学很是晦涩,但它贴近我们生活,计算机、各类线路以及电子芯片等都得益于量子力学的发展。
当然我们也常常被量子力学中的种种神奇现象所吸引,诚然量子力学中有许多超乎宏观世界的现象,甚至其中的部分现象都能将我们思维习惯所颠覆。如在量子力学中最典型的量子纠缠,该现象其实就是一种不同寻常的超距作用:如果将量子世界中的一对纠缠粒子分别放置在两地,无论它们二者相距多么遥远,哪怕是相隔宇宙的最远端,都会在同一时间感应到彼此。
这种现象是不可能出现在宏观世界的,因为我们默认的最快速度就是光速,但量子纠缠显然已经超出了这个常理。试想一下,如果你身在地球,但你的朋友正在冥王星旅行,在这个“子弹都要飞一会儿”的时代,你们就算打电话也要有几秒钟的时差。可量子纠缠却可以让这一问题变得并无大碍,是不是感觉非常神奇呢。
其实量子纠缠这一现象也令爱因斯坦困扰了很多年,以至于爱因斯塔称其为“魔鬼般的超距作用”。虽然爱因斯坦对量子纠缠并不理解,但现在越来越多的实验已经表明量子纠缠就是微观世界中最普遍的现象。
或许屏幕前的你会有些好奇:相对论不是规定了速度的极限就是光速吗?这是否证实量子纠缠是违背相对论?其实在文章开头就已经说过了,量子力学和相对论分别是物理学的两大支柱,我们并不能用其中一个理论去解释另一个理论。就像在牛顿运动学中,只要你的速度够快就一定可以超过光速;可麦克斯韦的电磁学定律却规定,没有任何事物能超越光速。所以科学只能用一个理论去解释一个事实,但并不能用一个理论去解释所有事实。
现代物理学已经告诉我们,量子纠缠的速度很快,至少是光速的10000倍,这还只是量子纠缠的“下限”。并且相对论中的光速极限指的只是实物粒子不能被加速到光速,因为一个物体的运动速度越快,它的质量就变得越大,所需要的推动能量也就越多。当这一物体的质量变得无穷大时,就需要无穷大的能量来推动它,而这其中能量推动的极限就是光速。量子纠缠则不同,这里所说的速度只是两个粒子之间的感应速度,其中的两个实物粒子也并没有被加速到光速。
这样理解也许更加易懂,光速就好似我们坐上高速列车亲身前往朋友家,你可以带上各种礼品亲自交到朋友的面前;而量子纠缠就只是你与朋友的一通电话,即使在电话中聊得热火朝天,也不能传递过去哪怕一张白纸。
科学家也还无从得知量子纠缠的机制到底是什么,只是肯定量子纠缠这一现象是客观存在的。想知道答案或许还要一些时间,当然如果你不想等待,也可以换一种方式,比如好好学习,留待自己发现。
量子纠缠到底是什么?原来它才是罪魁祸首
量子概念本身就是脱离常识的东西,大部分的高深科学理论实际上都很难用常识解释。量子纠缠目前就和1+1=2一样是公理性质的东西。基于观测无需证明,目前也无法解释。因为量子是表示物理量特性的最小单元。量子纠缠仅存在于微观世界量子力学系统里的现象,宏观世界经典力学里面没有类似现象。