尝试从通俗易懂的角度解释鬼魅般的“量子纠缠”现象
量子力学从提出那天起,就像一个有招黑体质的明星一样,饱受非议。无数在经典力学中成长起来的人们,无论如何也不能接受量子的怪异行为。那就是:量子的状态在不观察时是“叠加”的,在观察时才是“确定”的。
英国物理学家首次拍摄到的量子纠缠图像
有人开玩笑说:这就像是月亮,在你不看它时,它会在天空中的任何位置,在你看它时,它的位置才确定下来,这是不可能的嘛!
薛定谔甚至为此脑补了一个复杂的实验,就是他的那只可怜的猫咪,在不打开盒子的时候,它既是死的又是活的,在打开盒子观察的时候,才能确定它是否死亡。薛定谔认为这简直荒谬,猫咪的状态,要么是活的,要么是死的,只是盒子挡住了视线,无法看到而已。
爱因斯坦给出了一个更加简单的比喻:一幅手套分别装进两个盒子,放在地球两端,打开其中一个盒子,发现是左手的手套,那么另一个盒子里面必然是右手的手套。盒子中手套的状态是固定的,要么是左手,要么是右手,没有什么“既是左手又是右手”的“叠加态”,在打开盒子观察的时候,我们只是看到了手套的早已确定的状态而已,量子力学就是神棍,不可理喻。
但后来,越来越多的科学实验,或间接或直接地证明了,量子的叠加态确实存在,是量子世界的真理,不能因为难以理解,我们就否定它。小编今天就做一个比较特别的比喻,尝试将这种鬼魅般的纠缠解释得通俗一些:
假设在学校里面有一个管理混乱的班级,混乱到什么程度呢?混乱到班长和副班长自己都忘记了自己究竟是正班长还是副班长。于是两人就商量决定,我们各自同时是正班长也同时是副班长吧,反正没什么差别。
直到有一天,学校领导来到这个管理混乱的班里进行突击检查,问他们其中一个:“你是班长还是副班长?”他急中生智说:“报告,我是副班长!”于是,在这句话说出口的一瞬间,他就确定成为了副班长,而在教室另外一头的那个倒霉蛋,就同时成为了正班长。
这两个糊涂的班长,就像两个相互纠缠的量子,在不对它们进行观察时,它们的自旋状态是叠加态,同时既是上旋也是下旋。一旦观察者介入,对其中一个量子进行观测时,被观测的量子的自旋状态瞬间固定为其中之一,如果是“上旋”,那么另一个量子的自旋状态瞬间固定为“下旋”。这一现象是不受距离约束的,不论多远都会发生的。
但令人不解的是,前面我们提到的两个糊涂的班长,是有“智慧”的,他们不会对老师说他们既是班长也是副班长,而量子显然是没有“智慧”的,但它们却表现出了如此让人费解的行为,令整个科学界为之头痛。
也许这个比喻并不是最恰当的,但希望能从一个侧面向大众解释量子纠缠的特点。大千世界万事万物的真理,也许就隐藏在其中,只要人类的科学知识继续不断进步,终有一天,我们会触碰到那颗塔顶的明珠。
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- 编辑:马可
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