量子力学虽然已经诞生一百多年了,但由于该理论太具颠覆性了,以至于直到目前为止很多人仍旧很难接受量子世界的很多诡异现象。

但不可否认的是,量子力学早已深入到我们生活的每个角落里,现代很多高科技领域都有它的身影,比如说电子芯片,计算机技术,通讯技术等领域的发展,都得益于量子力学带来的重大变革。

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量子力学到底诡异在什么地方?

先来看看我们熟悉的牛顿经典力学。经典力学描述的是宏观世界的运动规律,在初中高中的物理课上我们主要学习的就是牛顿经典力学。牛顿经典力学很符合我们的日常生活认知,比如它告诉了我们为何能站在地球上,告诉我们火箭为何能上天,所以我们很容易接受牛顿经典力学。

但量子力学就完全不同了,它描述的是微观世界,我们很难用肉眼直接看到。更可怕的是,量子力学的核心思想“不确定性”告诉我们,量子世界的一切都是不确定的,只能用概率(波函数)来描述,一切都是随机的。如果你身处量子世界,你可以同时出现在两个地方,也可以在任何地方出现,我不能确定你到底在什么地方,只能用概率去描述你的状态。是不是很诡异?

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最诡异的莫过于量子纠缠现象,它完全颠覆了我们的传统认知。在我们的经典世界,爱因斯坦的狭义相对论告诉我们,宇宙万物的速度极限是光速,任何物体或者信息的速度都不能超过光速。

但是对于两个处于纠缠状态下的量子来说,却可以轻松突破光速限制,甚至远超光速。即便是纠缠中的量子分别被放在相距极其遥远的两个地方,它们也能瞬间感应到彼此,就好像“心灵感应”一样。哪怕是相距一光年,一万光年,甚至更远,都是如此。

当我们对其中一个纠缠中的量子进行测量时,另一个量子瞬间坍缩与之相反的状态。

它们是怎样感应到彼此的存在的呢?

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爱因斯坦对量子纠缠现象非常反感,称之为“鬼魅般的超距作用”。爱因斯坦连同其他两位物理学大佬波多尔斯基和罗森提出了著名的“EPR佯谬”,主要思想就是宇宙的极限速度是光速,任何物体信息的传播速度不能超过光速。

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爱因斯坦认为所谓量子纠缠并不是真的“超光速感应彼此”,而是作为一个整体粒子,在分裂成两个纠缠的粒子瞬间,其实它们的状态已经确定下来了,人们对它们的测量只是获取了它们本就存在的信息而已。

不过,以波尔为首的“哥本哈根学派”提出了不同意见:不管是整体粒子在分裂前还是分离后都是一个整体,人们对它们的观测改变了纠缠状态下粒子的状态。

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爱因斯坦的质增公式表明,任何有静质量的物体速度都无法达到光速,因为速度越快,质量就会越大,当无限接近光速时,就需要无穷大的能量才可以,整个宇宙的能量都不行,这显然是不可能的。

而量子力学认为,量子纠缠状态是一个整体属性,即使分裂之后处于纠缠中的粒子也会表现出整体属性,它们之间的“互动”并不会传递任何信息,如此一来就没有违反爱因斯坦的“光速限制”。

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需要强调一点,如今我们所说的量子通讯技术,并不是利用“超光速”技术传递信息,而是利用量子纠缠现象进行加密的一种技术而已,所谓的“量子密钥加密”,传递信息的速度仍然是电磁波的速度,也就是光速。