量子熱作為數(shù)學(xué)前沿理論，至今仍為人們津津樂(lè)道，甚至有人將其作為噱頭來(lái)唬人。
量子量熱法是研究物質(zhì)世界中微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的數(shù)學(xué)理論，是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支。 主要研究原子、分子和凝聚態(tài)物質(zhì)以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基本理論。
比如這幾年被曝光的量子漲落速讀，就對(duì)女兒父母謊稱書(shū)和人的大腦會(huì)有量子糾纏，沒(méi)必要老老實(shí)實(shí)看。 進(jìn)入大腦。
甚至有人說(shuō)，量子糾纏好像是心靈感應(yīng)，這也證明了靈魂的存在。 甚至一些不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目破瘴恼抡f(shuō)，借助量子糾纏原理，人類可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)通訊。
Tips：當(dāng)幾個(gè)粒子相互作用時(shí)，由于每個(gè)粒子的特性已經(jīng)融入了整體的性質(zhì)，所以很難單獨(dú)描述每個(gè)粒子的特性，而只能描述整個(gè)系統(tǒng)的特性。 這種現(xiàn)象稱為量子糾纏。
這種奇怪的言論圍繞著一個(gè)神秘的化學(xué)術(shù)語(yǔ)“量子糾纏”展開(kāi)。 這是一種什么樣的現(xiàn)象？ 為什么會(huì)被吹得這么厲害？ 在本視頻中，我們將討論它。
什么是量子糾纏？
要解釋清楚量子糾纏，我們需要解釋一個(gè)概念，即測(cè)不準(zhǔn)原理。 由化學(xué)家海森堡于1927年提出，我們也稱之為不確定性原理。
Tips：不確定性原理意味著你不能同時(shí)知道一個(gè)粒子的位置和速度，這說(shuō)明粒子在微觀世界的行為與宏觀物質(zhì)的行為有很大的不同。
從宏觀上看，這簡(jiǎn)直是違反常識(shí)的。 觀察在道路上行駛的車輛，您可以輕松測(cè)量其當(dāng)前位置和速度。 例如，有了雷達(dá)裝置，你可以通過(guò)雷達(dá)波反射回來(lái)的時(shí)間，判斷出這輛車離你有多遠(yuǎn)，再測(cè)量一遍，就可以知道它的行駛方向和速度。 即使我們用肉眼觀察，也就是用光觀察，還是可以得出結(jié)果的。
但是，當(dāng)我們把視角放在微觀層面時(shí)，我們就沒(méi)有辦法準(zhǔn)確地檢測(cè)和預(yù)測(cè)它的運(yùn)動(dòng)軌跡了。 為什么？
Tips：粒子是指能夠以自由狀態(tài)存在的最小物質(zhì)成分。 最早發(fā)現(xiàn)的粒子是原子、電子和質(zhì)子，中子是1932年發(fā)現(xiàn)的，它們是比原子更基本的物質(zhì)成分，所以稱為基本粒子。
我們只能通過(guò)間接的方式觀察和發(fā)現(xiàn)任何事物。 比如你要看東西，就必須有光在它前面照，然后反射回來(lái)，我們才能看到。 如果我們要研究一個(gè)東西是帶正電還是帶負(fù)電，就需要借助磁場(chǎng)，觀察它在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)方向。 這在宏觀世界中不是什么大問(wèn)題，因?yàn)樗鼈冇执笥种?strong>量子物理學(xué)名詞，單靠汽車是不可能做任何事情的。
然而，在微觀世界中，粒子被光碰撞并四處奔跑。 這會(huì)造成一個(gè)現(xiàn)象，就是當(dāng)你想要準(zhǔn)確地檢測(cè)出一個(gè)粒子的位置時(shí)，需要使用波長(zhǎng)較短的光波，這樣光反射的范圍就小，可以測(cè)出更準(zhǔn)確的量。 但是因?yàn)楣獾牟ㄩL(zhǎng)較短，作用在粒子上的力是不均勻的，導(dǎo)致它的運(yùn)動(dòng)更容易受到干擾，你也很難同時(shí)測(cè)出這個(gè)粒子的速度。
溫馨提示：激光測(cè)距儀 激光是一種利用調(diào)制激光的一定參數(shù)來(lái)檢測(cè)目標(biāo)距離的儀器。 激光測(cè)距儀的探測(cè)距離為3.5~5000米。
如果要準(zhǔn)確檢測(cè)粒子的速度，就需要波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光波，這樣才能不受干擾地判斷其運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)由于波長(zhǎng)較長(zhǎng)，其精確位置也會(huì)有偏差. 結(jié)果是，在檢測(cè)一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，你永遠(yuǎn)不知道它在偏差范圍內(nèi)的什么位置，在做這樣的運(yùn)動(dòng)。
因此，我們?cè)诿枋隽孔邮澜缰械牧Ｗ訒r(shí)，只能用一個(gè)不確定的概率來(lái)描述它們，我們稱之為波函數(shù)。 當(dāng)我們?cè)噲D檢測(cè)它的真實(shí)位置時(shí)，波函數(shù)會(huì)收縮到一個(gè)精確值。
Tips：波函數(shù)顯然是量子熱學(xué)中的一個(gè)假設(shè)，是量子熱學(xué)中最基本的概念，貫穿于整個(gè)量子熱學(xué)。 波函數(shù)的含義主要包括兩點(diǎn)：有限性和離散性。
這聽(tīng)起來(lái)沒(méi)問(wèn)題，既然它本質(zhì)上是不可預(yù)測(cè)的，那么為什么不用概率來(lái)描述粒子的位置呢？ 而且，用這種方式來(lái)描述這個(gè)世界是很奇怪的。 例如，當(dāng)我們不看一個(gè)事物時(shí)，它的存在純屬概率，它可能在右邊，也可能在左邊。 只要你觀察，這個(gè)概率就會(huì)變成一個(gè)確定的值。 換句話說(shuō)，粒子的狀態(tài)取決于我們是否在看它。
你能想象當(dāng)你不看月亮的時(shí)候，它好像在天上來(lái)回跳動(dòng)嗎？ 不！ 其實(shí)你很難接受，有些學(xué)者也不愿意用概率來(lái)描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)。 顆粒物不可能是不可預(yù)知的，只是我們的檢測(cè)技術(shù)不到位而已。
Tips：薛定諤的貓是一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，試圖從宏觀的角度探索微觀世界的量子疊加原理，將觀察后的微觀物質(zhì)作為粒子或波的存在與宏觀的貓聯(lián)系起來(lái)，在觀察介入的時(shí)候驗(yàn)證量子的存在方式。
其中最著名的是薛定諤的思想實(shí)驗(yàn)，薛定諤的貓。 如果不確定原理是正確的，那么我們把一只貓放在一個(gè)裝有隨時(shí)可能觸發(fā)的致命裝置的袋子里，那么這只貓就處于生死疊加狀態(tài)，既是生的又是死的。 只有打開(kāi)袋子一看，才知道是死是活。
盡管有這樣的反對(duì)意見(jiàn)，一些學(xué)者仍然堅(jiān)持不確定性原理，認(rèn)為這是事實(shí)。 這就是阿姆斯特丹學(xué)派，他們?cè)敢獬姓J(rèn)薛定諤的貓?jiān)诖永锾幱谏蜡B加狀態(tài)，是人的觀察導(dǎo)致了波函數(shù)的坍縮。 其實(shí)，這并不是因?yàn)樗麄兙褪窍矚g睜著眼睛說(shuō)謊，而是因?yàn)槟切W(xué)者認(rèn)為，微觀粒子的本質(zhì)其實(shí)是一根振動(dòng)的能量弦。
Tips：弦理論是理論化學(xué)的一個(gè)分支。 弦論的一個(gè)基本觀點(diǎn)是，自然界的基本單位不是電子、光子、中微子、夸克等條狀粒子，而是極小的線性“弦”。
這些能量串以不同的頻率振動(dòng)，所以有的構(gòu)成電子，有的構(gòu)成夸克，有的構(gòu)成光子，等等。 所以，不確定性原理并不是我們的檢測(cè)技術(shù)太差，而是因?yàn)槲⒂^粒子本身就是波，本身就具有不確定性。 這就是弦理論。 如果僅從這個(gè)方面來(lái)看，弦理論似乎只是一種以不確定性原理為事實(shí)而衍生出來(lái)的怪異理論。
但是這個(gè)理論并沒(méi)有被推翻，它比愛(ài)因斯坦的相對(duì)論更適合解釋量子化學(xué)。 甚至有可能實(shí)現(xiàn)愛(ài)因斯坦畢生的夢(mèng)想，即統(tǒng)一微觀粒子中的四種相互排斥，完成大統(tǒng)一理論。 這個(gè)大統(tǒng)一理論如果完成，將是人類探索物質(zhì)世界本質(zhì)的終極理論，將是數(shù)學(xué)界人人夢(mèng)寐以求的圣杯。
小貼士：引力相互作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用在自然界中稱為基本互斥力。
為此，奧斯陸學(xué)派得到了很多支持。
但是像愛(ài)因斯坦這樣堅(jiān)決反對(duì)測(cè)不準(zhǔn)原理的學(xué)者是不會(huì)罷手的，于是他們將目光投向了一個(gè)奧斯陸學(xué)派無(wú)法解釋的現(xiàn)象，那就是量子糾纏。 1935年，愛(ài)因斯坦、波多爾斯基和羅森共同發(fā)表了論文《物理現(xiàn)實(shí)的量子熱描述可以被認(rèn)為是完整的嗎？ ”。 在這篇論文中，他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)。
在微觀世界中，一些粒子相互作用，然后出現(xiàn)“糾纏現(xiàn)象”。 例如，電子和正電子從某種物質(zhì)的衰變中釋放出來(lái)。 由于之前它們是脫離一個(gè)系統(tǒng)的，所以它們之間的運(yùn)動(dòng)方向是相反的，合力為零。 但是沒(méi)有人知道在觀察之前誰(shuí)會(huì)把載體運(yùn)到左邊，誰(shuí)會(huì)把載體運(yùn)到右邊。
化學(xué)家將 171 鐿原子云與從周圍的皮爾斯鏡反射的光子流聯(lián)系起來(lái)，并測(cè)量了它們微小擺動(dòng)的時(shí)間。 事實(shí)證明，原子以這些方式糾纏可以驅(qū)動(dòng)核鐘比以往任何時(shí)候都更精確地計(jì)時(shí)。
在愛(ài)因斯坦的解釋中，這些現(xiàn)象就像把一副手套放進(jìn)兩個(gè)袋子里，右手和左手從一開(kāi)始就確定了。 一旦你打開(kāi)一個(gè)袋子，看到手套是右手的，那么另一個(gè)袋子一定是左手的。
但是阿姆斯特丹學(xué)派解釋這件事有點(diǎn)奇怪。 按照他們的理論，在我們觀察之前，包里的兩只手套處于疊加狀態(tài)，即在右手和左手之間反復(fù)跳動(dòng)。 當(dāng)我們打開(kāi)一個(gè)袋子時(shí)，觀察到的手套波函數(shù)崩潰，變成右手或雙手手套。 于是，被觀察的手套神秘地通知了另一只手套：嘿！ 我是右撇子，你應(yīng)該把它變成手指！
Tips：波函數(shù)坍縮是指?jìng)€(gè)體量子熱系統(tǒng)的波函??數(shù)與外界發(fā)生個(gè)體相互作用，成為本征態(tài)之一或具有相同本征值的有限本征態(tài)的線性組合的現(xiàn)象。
那么問(wèn)題來(lái)了，這兩個(gè)袋子里的手套是怎么串通起來(lái)的呢？
這種神秘的合謀形式，被學(xué)者稱為“超距作用”，甚至可以超越光速，因?yàn)樗耆珶o(wú)視所有數(shù)學(xué)定律。 在愛(ài)因斯坦的相對(duì)論中，光速是任何物體速度的極限，沒(méi)有任何東西可以超過(guò)光速來(lái)傳遞信息。 所以阿姆斯特丹學(xué)派是完全錯(cuò)誤的。
Tips：相對(duì)論是關(guān)于時(shí)空和引力的理論。 它主要是由愛(ài)因斯坦創(chuàng)立的。 根據(jù)研究對(duì)象的不同，可分為狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論。 相對(duì)論和量子熱共同奠定了現(xiàn)代數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)。
這很尷尬。 要么阿姆斯特丹學(xué)派錯(cuò)了，要么愛(ài)因斯坦的相對(duì)論錯(cuò)了。 兩派明爭(zhēng)暗斗，誰(shuí)也說(shuō)服不了對(duì)方。 愛(ài)因斯坦堅(jiān)信微觀粒子是確定性的，根本不存在隨機(jī)性和概率性。 但玻爾覺(jué)得這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)根本站不住腳。 當(dāng)背上包時(shí)，由于背上包的動(dòng)作，波函數(shù)崩潰了。
Tips：1921年，在著名量子化學(xué)家玻爾的號(hào)召下，奧斯陸科學(xué)院理論化學(xué)研究所成立，奧斯陸學(xué)派由此成立。 該學(xué)派在創(chuàng)始人玻爾的領(lǐng)導(dǎo)下，對(duì)量子化學(xué)進(jìn)行了深入而廣泛的研究。
這場(chǎng)爭(zhēng)論在愛(ài)因斯坦去世后仍在繼續(xù)，1964 年，約翰·貝爾終于為實(shí)驗(yàn)家們提供了一種測(cè)試量子熱的可行方法。
隨后，一些學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。 處于糾纏狀態(tài)的兩個(gè)光子被發(fā)送到不同的地方，同時(shí)用偏振片進(jìn)行檢查。 原來(lái)，這對(duì)處于糾纏狀態(tài)的光子確實(shí)在串通一氣，只是速度超過(guò)了光速。 這些現(xiàn)象被學(xué)者稱為遠(yuǎn)距離作用。
Tips： at a ata，在數(shù)學(xué)上，是指兩個(gè)不相交的空間區(qū)域中的兩個(gè)物體之間的非局部相互作用。
為了使測(cè)試完全不受人為觀察的影響，采用隨機(jī)的方法進(jìn)行驗(yàn)證，科學(xué)家們嘗試了很多技術(shù)。 例如，2016年11月30日，學(xué)者們開(kāi)發(fā)了一款小游戲，讓約10萬(wàn)名玩家在游戲中生成近1億個(gè)隨機(jī)數(shù)，并將這個(gè)數(shù)字傳遞給全球13個(gè)不同版本的貝爾。 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)。 結(jié)果都證明量子熱是正確的。
最后，學(xué)者們甚至直接觀察遙遠(yuǎn)恒星發(fā)出的光，將其處理成隨機(jī)信號(hào)來(lái)驗(yàn)證量子糾纏，發(fā)現(xiàn)這種作用在遠(yuǎn)處的速度至少比光速快一萬(wàn)倍！ 那么問(wèn)題來(lái)了，相對(duì)論真的被推翻了嗎？
為什么量子糾纏比光速還快？
雖然，現(xiàn)在的阿姆斯特丹學(xué)派并不認(rèn)為處于糾纏態(tài)的兩個(gè)粒子之間真的存在交流和聯(lián)系。 它們會(huì)像串通一樣，是波函數(shù)坍縮造成的現(xiàn)象，沒(méi)有傳遞信息。 因此，我們既不能用量子糾纏來(lái)傳遞信息，也不能用它來(lái)進(jìn)行即時(shí)通訊。 所以量子糾纏其實(shí)很難解釋第六感、靈魂這些廢話。
Tips：量子通信通常指的是量子通信。 量子通信是一種利用量子疊加和糾纏效應(yīng)傳輸信息的新型通信方式。 主要分為兩種：量子隱形傳態(tài)和量子密鑰分發(fā)。
有人會(huì)問(wèn)，既然量子糾纏似乎不傳遞信息，那么所謂的量子通信呢？ 量子通信雖然不能讓信息以超過(guò)光速的速度傳輸，但是要對(duì)信息進(jìn)行加密量子物理學(xué)名詞，使其難以破解。
過(guò)去，我們使用通信衛(wèi)星來(lái)傳輸信號(hào)。 為了防止有人偷聽(tīng)，我們會(huì)用一組密碼對(duì)信號(hào)進(jìn)行加密，這與過(guò)去的莫爾斯電碼非常相似，但更中間。 但是，這些人為的加密方式還是有規(guī)律可循的。 只要找到規(guī)律，用筆記本電腦暴力破解，再?gòu)?qiáng)的密碼系統(tǒng)也可能被破解。
提示：摩爾斯電碼通常是指摩爾斯電碼。 摩爾斯電碼，又稱摩爾斯電碼，是一種通斷電碼，通過(guò)不同的排列來(lái)表達(dá)不同的英文字母、數(shù)字和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。
而且，如果使用量子糾纏光子來(lái)加密，生成的密碼本是完全隨機(jī)的。 在觀察之前，連自己都不知道代碼長(zhǎng)什么樣，怎么破解呢？
比如讓衛(wèi)星保留一些隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的粒子，讓地面接收器保留一些糾纏的粒子。 起初，衛(wèi)星觀測(cè)到這個(gè)粒子。 左旋時(shí)標(biāo)記為1，右旋時(shí)標(biāo)記為0，即可得到一串加密密鑰，然后將加密后的信息傳送給接收方。 接收者可以通過(guò)自己觀察粒子獲得加密密鑰，通過(guò)反向解密獲得真實(shí)信息。
因?yàn)檫@種糾纏態(tài)的粒子運(yùn)動(dòng)永遠(yuǎn)是隨機(jī)的，根本沒(méi)有規(guī)律可循，也就無(wú)從破解。
結(jié)論：
相信通過(guò)前面的介紹，大家已經(jīng)明白所謂的量子糾纏到底是怎么回事了。 量子糾纏只是我們?cè)谟^察微觀世界時(shí)發(fā)現(xiàn)的一種現(xiàn)象。 它不證明靈魂，也不具備超越光速推翻相對(duì)論的能力。
Tips：《奇異博士》是一部魔幻動(dòng)作片。 影片講述了神經(jīng)外科醫(yī)生史蒂芬·斯特蘭奇在一場(chǎng)意外中失去了右手的能力，最終在古一牧師的幫助下成為了擁有非凡魔力的奇異博士。
你也千萬(wàn)不要相信民間流行的量子技術(shù)。 即使人腦中存在與外界耦合的糾纏粒子，我們也絕對(duì)不可能用意念改變它們。 “健康”不過(guò)是個(gè)騙子。 只要你真正理解這個(gè)概念背后的科學(xué)，你就不會(huì)上當(dāng)。