你懂什麼是量子糾纏嗎?下限速度比光速快一萬倍,無法用常識理解

玩游戏 2020-02-15

物理學界的絕大多數研究成果都建立在量子力學或相對論的基礎上,其中的量子力學就好似一個物理巨人垂下的左手臂,甚至可以說量子力學自從建立起的一個世紀以來,已經將你我的世界觀深層刻上了厚厚的基石並改變了我們生活。

如今你可以不瞭解量子力學,但你日常使用的手機、電腦都在彰顯著量子力學的無處不在。可以說人類社會的就是建設在量子力學這座地基之上,如果沒有量子力學那我們的人生將是單調的,正是有了量子力學我們的人生才生出更多的色彩。

 

初次接觸量子力學可能會認為它晦澀難懂,但稍微對量子力學有過瞭解的人就會知道,量子力學是研究“小宇宙”的基礎理論,即研究原子、分子、電子等更多更小粒子的微觀世界理論,而相對論只是研究宏觀世界如恒星、星系等天體的理論。儘管量子力學很是晦澀,但它貼近我們生活,電腦、各類線路以及電子晶片等都得益於量子力學的發展。

 

當然我們也常常被量子力學中的種種神奇現象所吸引,誠然量子力學中有許多超乎宏觀世界的現象,甚至其中的部分現象都能將我們思維習慣所顛覆。如在量子力學中最典型的量子糾纏,該現象其實就是一種不同尋常的超距作用:如果將量子世界中的一對糾纏粒子分別放置在兩地,無論它們二者相距多麼遙遠,哪怕是相隔宇宙的最遠端,都會在同一時間感應到彼此。

 

這種現象是不可能出現在宏觀世界的,因為我們預設的最快速度就是光速,但量子糾纏顯然已經超出了這個常理。試想一下,如果你身在地球,但你的朋友正在冥王星旅行,在這個“子彈都要飛一會兒”的時代,你們就算打電話也要有幾秒鐘的時差。可量子糾纏卻可以讓這一問題變得並無大礙,是不是感覺非常神奇呢。

其實量子糾纏這一現象也令愛因斯坦困擾了很多年,以至於愛因斯塔稱其為“魔鬼般的超距作用”。雖然愛因斯坦對量子糾纏並不理解,但現在越來越多的實驗已經表明量子糾纏就是微觀世界中最普遍的現象。

 

或許螢幕前的你會有些好奇:相對論不是規定了速度的極限就是光速嗎?這是否證實量子糾纏是違背相對論?其實在文章開頭就已經說過了,量子力學和相對論分別是物理學的兩大支柱,我們並不能用其中一個理論去解釋另一個理論。就像在牛頓運動學中,只要你的速度夠快就一定可以超過光速;可麥克斯韋的電磁學定律卻規定,沒有任何事物能超越光速。所以科學只能用一個理論去解釋一個事實,但並不能用一個理論去解釋所有事實。

 

現代物理學已經告訴我們,量子糾纏的速度很快,至少是光速的10000倍,這還只是量子糾纏的“下限”。並且相對論中的光速極限指的只是實物粒子不能被加速到光速,因為一個物體的運動速度越快,它的品質就變得越大,所需要的推動能量也就越多。當這一物體的品質變得無窮大時,就需要無窮大的能量來推動它,而這其中能量推動的極限就是光速。量子糾纏則不同,這裡所說的速度只是兩個粒子之間的感應速度,其中的兩個實物粒子也並沒有被加速到光速。

 

這樣理解也許更加易懂,光速就好似我們坐上高速列車親身前往朋友家,你可以帶上各種禮品親自交到朋友的面前;而量子糾纏就只是你與朋友的一通電話,即使在電話中聊得熱火朝天,也不能傳遞過去哪怕一張白紙。

科學家也還無從得知量子糾纏的機制到底是什麼,只是肯定量子糾纏這一現象是客觀存在的。想知道答案或許還要一些時間,當然如果你不想等待,也可以換一種方式,比如好好學習,留待自己發現。


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