终极异地恋两颗发生了“纠缠”的粒子

时间: 2024-12-04 13:25:40 |   作者: 全球化布局

  东方文明中,有个“红绳”概念。传说月老神会用一根红绳将两个人连在一起(把红绳绑在脚踝或手指上),这根红绳会使两人的命运紧紧联结,不论天南海北,他们最终都会相遇,并且坠入爱河,深深地被对方影响,相互渗透到对方的生活中。

  这根红绳可以无限延长,并且永远都不可能断掉。确实,当我们恋爱时,会对喜欢的人产生一种非常强烈的心电感应。不管你和对方距离多么遥远,他/她经历的事情好像都会以某种形式对你产生一定的影响。

  事实上,这种“感应”不仅存于人和人之间。量子物理学定律之中的那些次原子粒子(指结构比原子更小的粒子。包括电子、质子、中子、中微子和渺子等许多其他奇特的粒子)之间也广泛存在着“红绳的牵绊”,从某一种意义上来说,这些粒子也“坠入爱河”了。

  如在某一时刻,两个粒子产生了相互作用,那某些特定的程度上它们之间会永远保持这种关联。即使它们隔着光年的距离,甚至处在宇宙两端,也会继续对彼此产生一定的影响。

  几个粒子在彼此相互作用后,其拥有的特性就会综合成为整体性质,所以没办法单独描述各个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,此现状被称为“量子纠缠”。

  这些粒子的运动属性都能够在量子力学的波函数中体现。例如:一个由双粒子构成的量子系统,其自旋数有很大的可能性为0。也就是说,两个粒子中一个自旋为1/2的线。

  简单说来,就是我们在地球上操作一个物体,在千里之外的另一个星系中,另一个和这个物体关联的东西会有同样的变化。假设,你现在在地球上,有人刺了你一刀,你血流不止……那么,你的朋友在250万光年之外也会产生疼痛感。难以置信,但在次原子世界中,在量子力学的规则中,这个现象是真实存在的。这也就是为什么有人把“量子纠缠”形容为“恋爱的粒子”。

  当次原子粒子的这种强关联特性被发现时,在物理界引起了争议,因为这种强关联属性违背了爱因斯坦狭义相对论中的一大基本假设:光速是宇宙中的极限速度,没有一点信息可以超光速传递。然而,在量子纠缠中,一个粒子的自旋信息可以在瞬时被250万光年之外的另一个粒子接受,显然其传递的速度远大于光速。

  爱因斯坦把这个现象称作“鬼魅的超距作用”,量子理论应该像牛顿力学一样接近真理,但目前还不是线年,爱因斯坦和他的同事波多尔斯基、罗森为论证量子力学的不完备性而提出了一个EPR悖论(EPR 是这三位物理学家姓氏的首字母缩写)。他们都以为:如果这种量子纠缠真实存在,那么量子力学理论还缺乏一套完备性判据。

  对于量子纠缠和量子力学的争论一直持续到1964年,北爱尔兰著名物理学家约翰·S.贝尔(发明了著名的贝尔不等式)提出了一个绝妙的数学定理,证明量子纠缠是有可能真实存在的,并且同样证明了科学理论不一定要和人类理解的现实一致。同时也否认了爱因斯坦之前提出的问题。正是由于贝尔,饱受争议的量子力学能够最终靠实验被检验,物理学得到了进一步的发展。

  自贝尔后不断有实验表明粒子间的强关联性是真实发生的。这种属性也被广泛地应用在很多早期的科学技术中心,如量子计算学和量子密码学。

  粒子的强关联性在2017年麻省理工学院联合维也纳大学的一个研究中被再次证实。同年,中国科学家成功实现了使距离1200千米的两个光子发生量子纠缠(之前最大距离为100千米)。

  粒子间强关联性使很多原来只存在于想象中的事物,有变成现实的可能了。比如科幻电影(如《星际迷航》)中的量子传输。想象一下:另一星系中有一个粒子和你在地球上拥有的一个粒子产生了强关联,那你就能够最终靠操作地球上的粒子,来改变另一个星系粒子的状态,还可以身处地球,去构建在另一个星系中你想要的一切,这就是量子传输。

  但量子传输存在一个缺陷,即传输的对象只是物体的一种“状态”信息,不能传输具体的物体或者能量,因为这么多东西的传输不能超光速运行。同时,量子力学还面临另一个问题:这种传输是随机的、是一定概率下才会发生的。好在在物理学家的努力下,现在我们基本已经能够克服这种概率上的障碍了。

  2012年,科学家成功地凭借量子传输传送了两个光子的特性,其中一个光子位于西班牙拉帕尔玛岛的卡普坦望远镜,另一个位于西班牙特内里费岛的欧洲航天局光学研究站,彼此相距143千米。光子的特性正被用于量子计算学中,虽然应用量子计算学的计算机具有极其强大的功能,但其应用的复杂程度超乎一般人的想象。

  有意思的是,根据理论,量子传输过程的一大重点是摧毁信息源(1982年提出的无克隆定理中指出了这一点)。所以,电影《星际迷航》中的量子传送器其实是一个很危险的设备,我们有很大的可能性死在这个传送器里面……真是个让人头疼的关联。