沒(méi)人能懂量子熱學(xué)
“我想我可以肯定地說(shuō)沒(méi)有人了解量子熱學(xué)。”
這是理查德·費(fèi)曼常常掛在嘴里的一句話(huà)。
理查德·費(fèi)曼在他的課堂上
事實(shí)上這句話(huà)他說(shuō)得并不無(wú)道理，作為20世紀(jì)最知名的化學(xué)學(xué)家之一，同時(shí)還是20世紀(jì)最受歡迎的科學(xué)家之一。
費(fèi)曼對(duì)化學(xué)學(xué)的了解以及對(duì)量子熱學(xué)的探求都讓他對(duì)這個(gè)世界進(jìn)一步加深了自己想法，不過(guò)就他本人來(lái)講，放松并享受自然才是真正的樂(lè)趣所在。
關(guān)于量子熱學(xué)的公式
費(fèi)曼對(duì)知識(shí)的那個(gè)純粹的視野給數(shù)學(xué)界乃至社會(huì)階級(jí)都帶來(lái)了很大的影響。
對(duì)事物的理解要足夠透徹，要有特別深刻的看法。
他覺(jué)得，假如不能相當(dāng)簡(jiǎn)單的解釋某件事，這么就沒(méi)有真正的理解它。
知其然，更要知其所以然，這是費(fèi)曼一概貫之的精神。
費(fèi)曼對(duì)化學(xué)學(xué)界的貢獻(xiàn)十分多
費(fèi)曼的成名于1965年獲得諾貝爾獎(jiǎng)開(kāi)始，最開(kāi)始是康奈爾學(xué)院，再是加洲理工大學(xué)。
費(fèi)曼從液態(tài)氦的超流體轉(zhuǎn)向了他最有價(jià)值的貢獻(xiàn)，量子電動(dòng)熱學(xué)。
而他的知名論文《量子熱學(xué)中的最小作用原理》也給人們帶去了新視野。
格萊克強(qiáng)調(diào)，量子熱學(xué)和狹義相對(duì)論并存，雖然在量子化學(xué)學(xué)發(fā)展的幾六年后，費(fèi)曼也一直才能提出一種新的解釋?zhuān)绰窂綐O分公式。
該公式考了粒子在兩點(diǎn)之間的所有可能軌跡。
洛斯阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室，費(fèi)曼在第二排左四
據(jù)悉，他還發(fā)明了以他名子命名的“費(fèi)曼圖”。這些以圖形的方法表示了粒子的行為，正是他的研究讓人們可以直觀地觀察到正電子是怎么像電子一樣在時(shí)間上倒退的。
可以說(shuō)，現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)在粒子研究和量子化學(xué)這塊的建立，費(fèi)曼也有一部份功勞。
費(fèi)曼在過(guò)去能有這樣的成就，與他小時(shí)候跟母親的交流有關(guān)。
費(fèi)曼圖的正電子湮滅
費(fèi)曼的媽媽鼓勵(lì)他提出各類(lèi)問(wèn)題來(lái)挑戰(zhàn)傳統(tǒng)思維，但同時(shí)也會(huì)為費(fèi)曼進(jìn)行解答，讓他獲取新的知識(shí)。
母親對(duì)知識(shí)的傳授十分飽滿(mǎn)，這讓費(fèi)曼明白了要了解一件事物必須清楚地明白它的作用原理。
后來(lái)這份精神也確實(shí)貫策到了他的求學(xué)生涯中，但是在他還是小孩的時(shí)侯便表現(xiàn)出特別高的工程天賦。
這也影響了他后來(lái)對(duì)專(zhuān)業(yè)的選擇，維修無(wú)線電、拆解電子物品，了解原理和過(guò)程……
這為他后來(lái)初期的理論化學(xué)研究打下了一定基礎(chǔ)，從這一時(shí)期開(kāi)始，費(fèi)曼便早已把握從理論上剖析問(wèn)題，并得到解決方案的能力。
費(fèi)曼很享受解開(kāi)知識(shí)奧秘的過(guò)程
量子理論
現(xiàn)代數(shù)學(xué)步入量午時(shí)代后，量子理論不能挺好地處理引力這一問(wèn)題成為讓大多數(shù)科學(xué)家頭痛的問(wèn)題。
量子熱學(xué)是將離散粒子建立為科學(xué)家確定檢測(cè)之前的存在機(jī)率狀態(tài)。
不僅量子熱學(xué)，廣義相對(duì)論也為引力提供了一個(gè)可靠的理論模型和參考，但是才能讓科學(xué)家確切地預(yù)測(cè)小型物體的運(yùn)動(dòng)。
雖然這兩個(gè)理論各自都能在宇宙描述方面有著不錯(cuò)的敘述，而且只要將這兩個(gè)理論結(jié)合到一起，事情都會(huì)顯得很難辦。
要想研究在原子尺度上的重力是一件十分棘手的事情，簡(jiǎn)單來(lái)講，與自然界中的其他基本力相比，引力互相作用表現(xiàn)下來(lái)的弱點(diǎn)一個(gè)巨大的問(wèn)題。
量子熱學(xué)與廣義相對(duì)論能夠統(tǒng)一？
最簡(jiǎn)單的一個(gè)反例，就算是兩個(gè)電子之間的精典力也超過(guò)了兩公斤質(zhì)量，二者之間的引力差了幾個(gè)數(shù)目級(jí)的引力。
1957年，費(fèi)曼構(gòu)想了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，便于在二者之間找到一個(gè)聯(lián)系點(diǎn)。
他想像一個(gè)小質(zhì)量物體存在于兩個(gè)地方之間的機(jī)率或疊加，將其置于引力場(chǎng)中，質(zhì)量應(yīng)當(dāng)會(huì)與引力的量子特點(diǎn)聯(lián)系上去。
這則是后來(lái)人們常常所說(shuō)的糾纏現(xiàn)象量子糾纏通訊，干擾本身會(huì)造成質(zhì)量采取單一的、特定的位置或方式。
這將在質(zhì)量從場(chǎng)中分離下來(lái)之前發(fā)生，所以通過(guò)這些方式來(lái)檢測(cè)，可以測(cè)量到量子引力。
量子糾纏的表現(xiàn)
不過(guò)量子糾纏特別的“邪門(mén)”，兩個(gè)粒子中的一個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)改變會(huì)迅速影響到另一個(gè)地方的，假如通過(guò)觀察才能得到兩個(gè)粒子的變化結(jié)果。
并且不去觀察粒子本身，結(jié)果哪些也不會(huì)出現(xiàn)，而且不觀察就得不到數(shù)據(jù)，而觀察到的數(shù)據(jù)并不是真實(shí)可靠的。
雖然科學(xué)家在過(guò)去進(jìn)行過(guò)無(wú)漏洞版的貝爾測(cè)試，其中糾纏的兩個(gè)粒子分別做檢測(cè)的時(shí)間間隔。
雖然比光傳播于兩個(gè)檢測(cè)位置所需的時(shí)間間隔還要短暫時(shí)，這些現(xiàn)象依然會(huì)發(fā)生。
也就是說(shuō)，量子糾纏的作用速率比光速還快，科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)顯示，量子糾纏的作用速率起碼比光速快10000倍。
而這僅僅只是量子糾纏的速率基本表現(xiàn)，由于依據(jù)相關(guān)理論來(lái)看，檢測(cè)時(shí)的效應(yīng)還具備瞬時(shí)性。
也就是說(shuō)，當(dāng)我們檢測(cè)兩個(gè)處于糾纏狀態(tài)的粒午時(shí)，一個(gè)改變，另一個(gè)會(huì)頓時(shí)發(fā)生改變。
不過(guò)須要明白的是，這些效應(yīng)不能用作超光速傳輸精典信息，換句話(huà)說(shuō)它們并不具備有效信息，因而也并不違背因果律。
量子糾纏會(huì)被觀察所影響
粒子的糾纏
但是為何量子糾纏會(huì)在現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)中無(wú)解呢？
因?yàn)橘M(fèi)曼提出的實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有直接檢測(cè)糾纏，它不會(huì)提供量子引力的直接證據(jù)。
科學(xué)家表示，通過(guò)量化兩個(gè)質(zhì)量并將它們糾纏在一起，就可以直接測(cè)量到量子引力量子糾纏通訊，每位質(zhì)量都將疊加并發(fā)生糾纏。
正如愛(ài)因斯坦、羅森等人發(fā)覺(jué)的那樣，糾纏的出現(xiàn)幾乎是瞬時(shí)的，一旦我們了解了一種量子態(tài)，便會(huì)手動(dòng)曉得任何糾纏粒子的量子態(tài)。
不同量子態(tài)氫原子的電子機(jī)率密度
原則上來(lái)講，我們可以將兩個(gè)糾纏的粒子置于銀河系兩端。
正如上面提及，我們可以在剎那間能夠通過(guò)其中一個(gè)粒子的狀態(tài)了解到另一個(gè)。
如同是從紙盒上面掏出雙腳的衣服，這么我們很自然地能夠明白，剩下的那只鞋一定是右腳。
化學(xué)學(xué)家對(duì)這種公式也很難受
而且兩個(gè)相距甚遠(yuǎn)的粒子為什么才能表現(xiàn)出這么奇特的狀態(tài)呢？
且不說(shuō)我們能否頓時(shí)了解它們，它們的運(yùn)作雖然也遵守了光速的極限。
這正是明天科學(xué)家所苦惱的地方，這也被稱(chēng)為EPR悖論。
愛(ài)因斯坦將其稱(chēng)為遠(yuǎn)距離的幽靈行動(dòng)，它用這個(gè)悖論作為量子理論不完整的一個(gè)根據(jù)。
但事實(shí)證明，糾纏狀態(tài)的粒子確實(shí)會(huì)互相影響，無(wú)論距離怎樣，量子熱學(xué)至今無(wú)法得到驗(yàn)證。
雖然糾纏系統(tǒng)不保持局部性原理，但它并沒(méi)有違反因果律，這意味著結(jié)果總是有誘因的。
愛(ài)因斯坦稱(chēng)為幽靈的作用
遠(yuǎn)處的粒子觀察者不曉得本地觀察者是否攪亂了這個(gè)糾纏系統(tǒng)，反之亦然，她們必須以不超過(guò)光速的速率互相交換信息能夠確認(rèn)。
換句話(huà)說(shuō)，光速的限制依舊適用于量子糾纏中，這也是一開(kāi)始文中所指出的。
有好多種方式可以糾纏粒子，一種技巧是冷卻粒子并將它們放得足夠近，這樣便能使它們出現(xiàn)重疊，從而代表位置的不確定性，由此難以分辨一個(gè)粒子和另一個(gè)粒子。
另外還有一種可能通過(guò)亞原子形成的過(guò)程，比如核衰變，這會(huì)手動(dòng)形成糾纏粒子。
依據(jù)NASA的說(shuō)法，它也可以通過(guò)分裂單個(gè)光子并在這一過(guò)程中形成一對(duì)光子。
假如說(shuō)量子糾纏未來(lái)的應(yīng)用，其實(shí)當(dāng)下最熱門(mén)的便是量子通訊技術(shù)。
量子糾纏就能應(yīng)用到信息加密中，在這些情況下，發(fā)送者和接收者會(huì)構(gòu)建一個(gè)安全的通訊鏈路，其中包括一對(duì)糾纏粒子。
量子通訊才能進(jìn)行化學(xué)加密
發(fā)送者可以和接收者使用糾纏粒子生成的密匙進(jìn)行信息讀取，一旦有其他“觀察者”出現(xiàn)在其中，糾纏都會(huì)立即終端，由于檢測(cè)糾纏粒子會(huì)改變其中的狀態(tài)。
傳遞這樣一條微小的信息還有好多工作要打算，隨著未來(lái)人們對(duì)量子熱學(xué)的進(jìn)一步闡述和發(fā)覺(jué)，其實(shí)這個(gè)謎團(tuán)會(huì)成功解開(kāi)。