把球直接拋向空中,你能預(yù)測球,離開你手后的運動軌跡嗎?
當(dāng)然,那很容易,球會向上移動,直到到達某個最高點,然后再向下移動又落在你手上。事情就是這樣,你知道,是因為你目睹了無數(shù)次。而你一生所有觀察到的日,F(xiàn)象,都是物理學(xué)。
但是,假設(shè)我們探索一個,關(guān)于原子物理學(xué)的問題,比如氫原子核,它周圍的電子看起來像什么?我們能根據(jù)我們對日常物理的經(jīng)驗,來回答這個問題嗎?當(dāng)然不行,為什么?
因為在如此小的尺度上,物理性質(zhì),不同于你一直看到的宏觀物體的物理性質(zhì),你所了解的日常世界是按照“經(jīng)典物理學(xué)”的規(guī)律來運作的,原子尺度上的系統(tǒng),是按照“量子物理學(xué)”的規(guī)律運行的。
量子世界,是一個非常奇怪的地方
一個著名的思想實驗,給出了量子奇異性的例證:薛定諤的貓。
一個物理學(xué)家把貓和一個ZhaDan放進盒子里,然后蓋上蓋子,ZhaDan有50%的機會爆炸。但是直到我們打開蓋子,才知道ZhaDan是不是爆炸了,但是如果我們沒有打開蓋子,就沒有辦法知道貓是活的,還是死的。在量子物理學(xué)中,我們可以說,在我們觀察之前,貓?zhí)幱?ldquo;疊加狀態(tài)”,也就是說它既不是活的,也不是死的,而是兩種可能性的混合,每種可能性有50%。
同樣的事情,也發(fā)生在量子尺度的物理系統(tǒng)上,比如電子在氫原子中運行,電子實際上根本不是在軌道上運動。在原子空間里到處都是,一下子在這里,一下子在哪里,看起來像是隨機出現(xiàn)在某個地方,只有在我們測量了它的位置之后,我們才能精確定位,電子就在那一個位置,就像我們打開盒子才知道貓是死是活,這就引出了量子糾纏這一奇特而美麗的現(xiàn)象。
假設(shè)不是一只貓在一個盒子里,而是兩只貓在兩個不同的盒子里,如果我們對這對貓重復(fù)這個實驗,實驗可以是四種可能性之一:要么兩只貓都活了,要么都死了,要么一只活了,另一只死亡,反之亦然。兩只貓再次處于疊加狀態(tài),每一個結(jié)果都有25%,而不是50%。
量子力學(xué)告訴我們,活貓和死貓都是疊加態(tài)的結(jié)果
換言之,可以有一個雙貓系統(tǒng),這樣的結(jié)果將永遠是一只貓活著,另一只貓死了。技術(shù)術(shù)語來說,貓的狀態(tài)是糾纏的。
如果你準(zhǔn)備兩個貓,放在盒子里,如果把這兩個貓理解為,處于“糾纏狀態(tài)”,那么即使移動盒子到宇宙的另一端,實驗的結(jié)果仍然是同樣。一只貓總是活著出來,而另一只貓總是死了,在我們測量結(jié)果之前,兩只貓的生死是完全不確定的。
這怎么可能?在宇宙的另一邊“糾纏的狀態(tài)”是什么樣的方式?
離得太遠,不能及時溝通,那兩顆ZhaDan怎么會讓一個爆炸另一個不爆炸?
你可能在想,這只是一些理論上的胡言亂語,這種事情在現(xiàn)實世界中是不可能發(fā)生的。但事實證明,量子糾纏,已經(jīng)在現(xiàn)實世界的實驗室中,得到了證實!兩個亞原子粒子糾纏在一個疊加態(tài)中,其中一個粒子以一種方式旋轉(zhuǎn),那么另一個必須轉(zhuǎn)另一個方向,信息沒有辦法從一個粒子傳遞到另一個粒子的,并指示以何種方式旋轉(zhuǎn),但是事實就這樣發(fā)生了!
“量子糾纏”是一個神奇的現(xiàn)象,目前科學(xué)家們無法給出任何解釋,只是知道存在這個現(xiàn)象
量子糾纏可以用于很多地方,可以設(shè)置一種量子密碼,因為是無視時間、空間、距離,能做到事實同步通信,所以這個密碼是相當(dāng)安全的。我們國家現(xiàn)在研發(fā)的量子雷達,就是利用這種原理。目前我們國家還研究出來了量子計算機,以前需要100年才能計算出來的信息,使用量子計算機分分秒秒就搞定。
如果我們使用量子技術(shù)來模擬一個人類大腦,我們是不是可以找到意識的秘密?或者說,我們的大腦本就是一種量子技術(shù)在運算?那么是什么與我們大腦里的這些量子進行糾纏?在后面的內(nèi)中,我們一起探索。