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量子糾纏的原理是什麼?為何能超光速1萬倍?愛因斯坦都無法解釋
2023/04/12

在人類科技發展的道路上,出現了很多偉大的物理學家,這些物理學家給人類的科技發展起到了非常重要的作用,比如說牛頓、愛因斯坦、哥白尼、伽利略、霍金、薛定諤等等,牛頓被稱為是人類科學史上的鼻祖,他的出現給人類打開了宇宙的大門,讓人類對宇宙有了基本的認識,牛頓不僅僅在天文領域做出了很大的貢獻,在數學、力學等多個領域都有很大的影響力,愛因斯坦是在牛頓之后,又一位偉大的物理學家,愛因斯坦的出現給人類探索宇宙指明了方向,現在科學家探索宇宙基本上都是按照愛因斯坦的理論去探索的,在19世紀的時候,人類一直都認為我們已經解開了世界上左右的奧秘。

比如說在遠低于光速的情況下,牛頓的理論能夠解決所有機械運動的問題,電磁現象的規律被總結為麥克斯韋方程,光現象能夠被波動定律完美解釋,熱現象被能夠被熱力學定律解釋,看上去人類已經能夠解開世界上所有的問題,但是在這個時候,科學家突然發現,這些理論只適用于巨觀世界,一旦到了微觀世界,這些理論就沒用了,于是在19世紀,眾多科學家一起建立了量子力學,量子力學是描述微觀世界的理論,和相對論一起被認為是現代物理學的兩大支柱,在量子力學中,有很多經典的物理實驗,比如說薛定諤的貓、雙縫干涉實驗、量子糾纏等等,其中量子糾纏理論讓很多科學家都無法相信。

量子糾纏是一種奇怪的量子力學現象,它指的是處于糾纏狀態的兩個量子,不論相隔多遠的距離,都會存在一種關聯,其中一個量子狀態發生了改變,另一個量子的狀態也會瞬間發生相應的改變,這種現象能夠無視空間的限制,其實量子糾纏就類似于心靈感應,可能很多人都聽說過一些雙胞胎之間存在心靈感應,當兩個人存在不同的城市中,其中一個人受了傷,另一個人也能夠感應到,有很多科學家認為,心靈感應就是一種量子糾纏現象,著名的物理學家愛因斯坦第一次知道量子糾纏之后,都覺得不可思議,愛因斯坦將其稱為「鬼魅般的超距作用」,認為它是錯誤的。

量子糾纏能夠無視距離,有很多科學家認為是因為它們之間存在疊加態,如果兩個粒子一開始具有某種共同的關系,那麼即便兩個粒子分開,其疊加態也是纏繞在一起的,而量子糾纏正是這種疊加態相互纏繞的體現,比如說,一個具有0自旋的粒子突然衰變了,變成了兩個粒子,那麼這兩個粒子由于都是由同一個粒子衰變而來的,所以在最初狀態就建立了聯系,未來,不管這個兩個粒子距離有多遠,這種聯系會一直存在,具體表現就是疊加態的相互纏繞,糾纏粒子之間的疊加態會超越空間和時間進行相互作用。那麼什麼是疊加態呢?疊加態原理是量子力學中一個基本的原理。

它說明了波函數的性質,如果ψ1是體系的一個本征態,對應的本征值為A1,ψ2也是體系的一個本征態,對應的本征值為A2,根據薛定諤方程的線性關系,ψ=C1ψ1+C2ψ2也是體系一個可能的存在狀態。簡單來說就是微觀粒子可以同時位于兩個甚至多個地點的狀態,更加詭異的是,直到有人觀察它的時候,疊加態才會坍縮成一個確定的狀態,相信很多人看到這里都會覺得不可思議,其實大家不要大驚小怪,畢竟連科學家都感到驚訝,曾經著名的物理學家愛因斯坦說:如果量子力學是正確的,這個世界就有點瘋狂,玻爾曾經說過:誰要不為量子理論感到震驚,那是因為他還不了解這個理論,費曼先生曾經說過:我想我可以相當有把握的說,沒人能真的搞懂量子力學。

量子糾纏的可怕之處在于,它能夠無視距離的存在,比如說我們將一個配對好的粒子放在宇宙的最南邊,另一個粒子放在宇宙的最北邊,只要我們影響宇宙最南邊的粒子,那麼最北邊的粒子也能夠受到影響,而這個影響的速度是瞬間完成的,為此科學家還專門做了實驗,科學家將兩個配對好的粒子放在相隔100多公里的地方,然后將配對好的第三個光子放在其中一個粒子中,科學家驚訝的發現,相隔100多公里的另一個粒子也出現了相同的光子,這說明量子糾纏是正確的,在去年10月4日的時候,2022年諾貝爾物理學獎頒發給了法國科學家阿蘭.阿斯佩、美國科學家約翰.克勞澤和奧地利科學家安東.蔡林格。

以表彰他們在糾纏光子實驗、驗證違反貝爾不等式和開創量子信息科學方面所作出的貢獻,雖然量子糾纏被科學家證明是對的,但是直到現在,有很多科學家對量子糾纏是否是一種真實的現象仍然存在分歧,畢竟這種現象已經超越了光速,光速是宇宙中最快的飛行速度,根據科學家的研究得出,光速大約是每秒30萬公里,這個速度對于人類來說非常快,不過光速面對浩瀚的宇宙也顯得非常慢,目前人類能夠觀測到的宇宙直徑達到了930億光年,而這并不是宇宙的全部范圍,宇宙或許比我們想象的還要大,宇宙到底有多大?目前科學家也在積極的研究當中。

如果量子糾纏能夠被應用于實踐當中,那麼對于人類探索宇宙奧秘來說,有很大的幫助,比如說我們能夠利用量子糾纏技術探索黑洞內部的奧秘,黑洞是宇宙中最為神秘的天體,在很早的時候黑洞就被科學家提出來了,在1783年的時候,英國天文愛好者給當時著名的科學家卡爾迪許寫了一封信,信中他認為宇宙中存在一種質量非常大的神秘天體,而且連光線都沒有辦法逃離它的表面,當時他把這種神秘的天體稱為是暗星,後來在1916年的時候,愛因斯坦發表了廣義相對論,廣義相對論是建立在牛頓萬有引力的基礎上,在廣義相對論中預言了一種神秘的天體。

當這個天體的質量達到了一定程度,那麼光都沒有辦法逃離它的引力,後來德國物理學家卡爾史瓦西給了黑洞一個精準的解釋,他認為大量的物質集中在一點時,就會使周圍產生視界,一旦物體進入這個視界,就會被吸進去,最終科學家將這個神秘的天體稱為是黑洞,關于黑洞的認知,目前科學家只知道它是大質量恒星死亡以后形成的,一般來說小質量的恒星死亡以后會變成白矮星,中等質量的恒星死亡以后會變成中子星,超大質量的恒星死亡以后會變成黑洞,黑洞能夠吞噬一切物質,連光都無法逃離黑洞的引力。由于我們看不到黑洞內部的情況,所以科學家也不知道黑洞內部的結構是什麼樣子的。

如果說我們能夠將兩個糾纏狀態的粒子,其中一個放在黑洞的內部,另一個放在地球上,我們可以通過觀察地球上的粒子,來判斷出黑洞的內部結構,現在科學家也在積極的研究當中,在2013年,由中國科學家潘建偉帶領的團隊就測試過量子糾纏的速度下限,在這篇名為《限制「遠處的幽靈行動」的速度》論文中提到,量子糾纏的速度下限是光速的四個等級,這個實驗意味著,起碼在驗證上面,量子糾纏至少是光速的1萬倍左右,而這個數據只是保守估計,量子糾纏的極限速度到底是多少?目前科學家也無法測試出來,如果人類能夠將量子糾纏技術運用在飛船上,那麼人類能夠到達宇宙任何一個角落。

到那時候,人類想要實現星際移民就簡單多了,目前科學家已經在宇宙中發現了很多類似地球的行星,比如說開普勒452b,開普勒22b,開普勒452b被科學家稱為是地球的孿生兄弟,這顆行星是科學家在2015年7月的時候被發現的,一開始科學家認為這只是一顆平平無奇的行星,但是後來經過科學家的深入研究發現,這顆行星和地球一樣,也是圍繞一顆恒星運動,而且它的位置處于恒星系的宜居地帶,這說明這顆行星可能具備誕生生命的條件,通過科學家對這顆行星的探索發現,這顆行星公轉一圈的時間大約是385天,我們的地球圍繞太陽公轉一圈的時間大約是365天。

相當于開普勒452b公轉的時間比地球公轉的時間多了20天左右,這種情況在宇宙中已經是非常罕見了,通過種種數據表明,這顆行星和地球的相似度高達百分之98,那麼這顆行星上面有生命存在嗎?由于這顆行星距離地球有1400光年左右,所以科學家只能夠通過天文望遠鏡對它進行觀測,天文望遠鏡能夠觀測到很遠的距離,但是它只能夠看到行星的大概位置,卻看不到行星上面的具體情況,想要知道這顆行星上面到底有沒有生命存在,最好的辦法就是親自登陸到這顆行星上面,這樣才能夠準確的判斷出這顆行星上面是不是真的存在生命,但是以目前人類的飛行速度,想要飛到這顆行星上基本上是不可能的。

目前人類飛行最遠的探測器是旅行者1號,它在太陽系已經飛行了46年的時間,但是到目前為止,它并沒有完全飛出太陽系,科學家經過研究得出,如果按照旅行者1號探測器的飛行速度來看,想要完全飛出太陽系至少需要上萬年的時間,而太陽系只是銀河系中的一個小星系,現在人類連太陽系都沒有辦法飛出去,更別說飛到1400光年外的開普勒452b上面,所以人類害的繼續努力,科學家認為,如果我們能夠將量子糾纏技術運用到飛船上,那麼我們飛到開普勒452b上面也只需要幾秒鐘的時間,這對于人類探索宇宙奧秘來說,有很大的幫助,現在科學家也在積極的研究量子糾纏的奧秘。

不過有很多科學家認為,人類永遠無法將量子糾纏技術運用到飛船上,因為根據愛因斯坦的理論,任何有質量的物體都無法達到光速,更不可能超越光速,因為飛船一旦超越光速,那麼飛船的質量就會變得無限大,在我們現有的物理學當中,根本不存在無限大的物質,而量子糾纏這種超光速現象并不存在傳播介質,沒有傳播介質就證明:在量子糾纏的超光速作用中,并沒有實在的物質發生了超光速運動,也無法承載信息和能量,所以并不違反相對論中的理論,在量子力學當中,量子糾纏只是其中一個詭異的現象,除了量子糾纏之外,科學家還發現了很多其它詭異的現象,現在科學家也在積極的研究量子力學的奧秘。

量子力學能夠成為現代物理學的重要支撐,說明量子力學對于人類來說非常重要,只不過量子力學的奧秘遠遠不止我們看到的這些,未來隨著人類科技的進步,說不定人類能夠解開量子力學的奧秘,小編認為,人類目前對宇宙的認知還不夠多,在宇宙中仍然存在很多我們不知道的秘密,不過人類作為地球上最有智慧的生命,從誕生以后就開始不斷的探索世界的奧秘,經過幾千年的科技發展,現在人類已經能夠走出地球探索宇宙,這說明人類科技發展的速度很快,未來隨著人類科技的進步,說不定我們能夠解開宇宙中全部的奧秘。


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