量子糾纏真的超越光速嗎？或許事實(shí)并非如此

來(lái)源：新浪科技 發(fā)布時(shí)間：2018-10-10瀏覽：2383次

量子糾纏真的超越光速嗎？或許事實(shí)并非如此

　　新浪科技訊 北京時(shí)間10月10日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，量子糾纏是量子力學(xué)中最令人困惑的領(lǐng)域之一，這是一個(gè)不為人知的物理領(lǐng)域，對(duì)于大眾而言它并非清晰易懂，并且知識(shí)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

　　甚至愛(ài)因斯坦本人也對(duì)微觀粒子的驚人表現(xiàn)感到困惑，他堅(jiān)信我們從根本上誤解了宇宙量子力學(xué)。事實(shí)證明愛(ài)因斯坦的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，但是要解釋他哪里出了問(wèn)題，以及量子領(lǐng)域的真實(shí)狀況，仍需要一段時(shí)間。讓我們開(kāi)始揭曉其中的謎團(tuán)吧……

　　首要問(wèn)題

　　量子力學(xué)最重要的經(jīng)驗(yàn)之一就是我們必須完全改寫(xiě)我們的“粒子”概念，而不是在空間和時(shí)間上描繪一個(gè)堅(jiān)硬、固體的精確點(diǎn)，目前科學(xué)家將粒子作為模 糊概率（fuzzy probabilities），當(dāng)我們尋找粒子時(shí)，會(huì)將所發(fā)現(xiàn)的粒子進(jìn)行相應(yīng)描述，但在我們進(jìn)行測(cè)量之前，我們?nèi)詿o(wú)法精確知道關(guān)于粒子的一切。

　　這些粒子模糊概率不僅僅適用于一個(gè)粒子的位置，它們也與粒子速度、角動(dòng)量、旋轉(zhuǎn)等有關(guān)。如果我們對(duì)測(cè)量粒子感興趣，很可能我們不知道會(huì)提前獲得什么發(fā)現(xiàn)。

　　粒子模糊概率也被稱為量子態(tài)（quantum states），它們是簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)方程，總結(jié)了我們想要探測(cè)粒子性質(zhì)的所有概率。但是當(dāng)兩個(gè)粒子共享一個(gè)量子態(tài)時(shí)，就令人非常費(fèi)解。在某些情況下，我們可 以用量子連接兩個(gè)粒子，因此這樣一個(gè)數(shù)學(xué)方程就能同時(shí)描述兩組粒子概率。

　　令愛(ài)因斯坦困惑的事情

　　最初，很可能只有學(xué)者才會(huì)關(guān)心，但是一些有趣的事物出現(xiàn)了，是兩個(gè)粒子所謂的“糾纏態(tài)”，在我們看來(lái)這是一個(gè)極為簡(jiǎn)單，但卻令人驚訝的事實(shí)。

　　我們將準(zhǔn)備超特殊糾纏量子態(tài)，這樣就可能有兩種可能的結(jié)果，在我們進(jìn)行測(cè)量時(shí)，每一種結(jié)果都有一個(gè)50：50的完美幾率。在第一個(gè)結(jié)果中，一個(gè)粒子存在向上旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)結(jié)果是向下旋轉(zhuǎn)，此時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向是相反的。

　　以上結(jié)論都非常正確，我們開(kāi)始準(zhǔn)備糾纏量子態(tài)測(cè)試，讓這些粒子以自由方式離開(kāi)，并開(kāi)始進(jìn)行測(cè)量。

　　首次觀測(cè)粒子，我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)旋轉(zhuǎn)指向。它很容易朝向下方，但這就像拋硬幣一樣，當(dāng)我們正好趕上了朝向上旋轉(zhuǎn)的粒子。這將告訴我們第二個(gè)粒子的狀 況嗎？由于我們非常仔細(xì)地排列糾纏量子態(tài)，我們目前百分之百地確定第二個(gè)粒子肯定是向下的。它的量子態(tài)與第一個(gè)粒子糾纏在一起，一旦出現(xiàn)一個(gè)啟示，就會(huì)發(fā) 現(xiàn)這兩種情況。

　　如果第二個(gè)粒子在房間的另一側(cè)呢？或者在銀河系的另一邊呢？依據(jù)量子理論，一旦做出“選擇”，伴侶粒子將立即知曉是如何旋轉(zhuǎn)的，其通信速度可接近光速，而愛(ài)因斯坦則認(rèn)為這是不可能實(shí)現(xiàn)的。

　　潘朵拉量子盒

　　對(duì)于愛(ài)因斯坦而言，量子力學(xué)顯然是錯(cuò)誤的。1935年，他與鮑里斯·波多爾斯基（Boris Podolsky）和南森·羅斯（Nathan Rosen）一起撰寫(xiě)的簡(jiǎn)短論文中，他使用了類似的思路指出新奇量子理論與自身不相符，這對(duì)于被廣泛認(rèn)可的自然理論是一個(gè)嚴(yán)重打擊。愛(ài)因斯坦認(rèn)為，量子力 學(xué)并不能完全描述亞原子世界，而粒子攜帶著所謂的“隱藏變量”，使它們能夠在被測(cè)量之前協(xié)調(diào)其狀態(tài)。

　　但在幾十年的測(cè)試中，一次又一次地證實(shí)，并沒(méi)有這樣的隱藏變量。這些測(cè)試還顯示，這種“超距作用下的幽靈行為”確實(shí)是瞬間發(fā)生的。即使我們把糾纏粒子盡可能地分開(kāi)，它也會(huì)這樣做。

　　但是物理學(xué)家仍然在討論光速是多么地重要，以及沒(méi)有任何事物可以超越這種極限速度。難道我們沒(méi)有注意到這個(gè)明顯的矛盾嗎？

　　生活在量子世界

　　假如我保留一對(duì)糾纏狀態(tài)下粒子中的一個(gè)，將另一個(gè)粒子發(fā)送給你。像往常一樣，我研究我的粒子，執(zhí)行所有最重要的測(cè)量，并發(fā)現(xiàn)一個(gè)向上旋轉(zhuǎn)的粒子。然后發(fā)出一束光，告訴你所發(fā)現(xiàn)了什么。

　　但在光信號(hào)到達(dá)之前，你觀察你的粒子，測(cè)量量子理論下的向下旋轉(zhuǎn)粒子。但是由于我的信息還未到達(dá)，你不知道是否你是第一個(gè)看到該信息，或者只是 隨機(jī)地得到一個(gè)向下旋轉(zhuǎn)或者如果我先打開(kāi)將你的粒子強(qiáng)制性進(jìn)入這個(gè)狀態(tài)。只有在對(duì)比分析之后，我們才發(fā)現(xiàn)兩個(gè)粒子是真正地糾纏在一起，對(duì)一個(gè)粒子的測(cè)量， 完全依賴于另一個(gè)粒子。在這種交流分析之前，我們無(wú)法判斷我們是否在處理已經(jīng)存在的粒子。

　　所以雖然解開(kāi)量子糾纏的過(guò)程是瞬間發(fā)生的，但并沒(méi)有相關(guān)的任何跡象。我們必須使用傳統(tǒng)、不超過(guò)光速的通信方法，拼湊出量子糾纏所需的相關(guān)性。因此，愛(ài)因斯坦的宇宙速度極限被保留下來(lái)，同時(shí)從根本上講，量子的世界觀也是如此。（葉傾城）