回覆列表
-
1 # 科學聯盟
-
2 # 考拉的物理世界
我來舉個文科生懂的例子吧。
一男一女結婚了,組成了家庭,那麼這個家庭就是糾纏態。男人女人糾纏態之前,是獨立的量子態,在組成家庭之後,本身也是獨立的量子態,可以分別獨立的做很多事而不會影響到對方,但是結婚之後就多了個量子態稱為家庭,家庭就對應了一個糾纏態,其它量子可以直接與糾纏態發生作用,有時候只能用家庭這個糾纏態處理,比如在美國交稅,你得計算家庭收入而不是個人收入,計算方法都是以家庭為單位的。
家庭這個量子態還隱含了很多資訊。比如夫妻到了不同的兩個地方,你不太確定男的到了甲地還是女的到了甲地。但是你可以在乙地做觀察,如果乙地是男的甲地就是女的,乙地是女的甲地就是男的。瞬時就知道。但是如果對於任意2個人來說,甲地是男的乙地是男是女的機率都一樣,不可能由此得到絕對的資訊。
退相干就是徹底的離婚。(現實生活中離婚不可能太徹底。)那麼這兩個人就不在糾纏,也沒有糾纏態去描述所謂的家庭。他們各自從家庭共有財產分好錢後,就再也沒關係了。
題主你好。科普最大的挑戰,莫過於讓完全沒接觸過自己這一行的朋友們也能理解自己這一行究竟在幹什麼。量子糾纏對於學過量子力學的朋友來說,不算多麼難以理解的事情。可是現在對於像學文史類的朋友來說,讓他們能理解量子糾纏確實有點難為他們。小編曾經讀過北師大趙崢教授寫給文科生的物理書,書中基本沒有公式,但是物理影象很清楚。套用某位大物理學家的話:如果我們不能把一個物理理論講得連文科生都能聽懂,那我們的物理就算白學了。所以,今天小編要挑戰一下,用最簡單的方式說明白量子糾纏。
所謂量子糾纏,指的是兩個微觀粒子,如果我們知道其中一個粒子處於某種狀態,那麼我們就能知道另一個粒子出於什麼狀態,而不需要對這個粒子做任何測量。這樣說比較空洞,舉個例子可能會好很多。
假定有這麼一個女孩兒,這個女孩子有三十件連衣裙,三十雙鞋子(皮鞋)。每天要麼換一套衣服,要麼不換。但是不管她換不換衣服,女孩兒穿的連衣裙和鞋子是有某種奇怪的關聯,如果她穿的裙子是1號裙子,那麼鞋子一定也是1號鞋子;如果她穿的是30號裙子,那麼鞋子也是30號鞋子。其他情況以此類推。女孩子有一個男朋友,是個體貼人的男孩子。每天她的男朋友都會到她家來接她上班,而且這男孩子每天把車停在女孩兒家門口。隔著窗戶男孩只能看到女孩穿的連衣裙,但是卻看不到女孩子穿的鞋。為了給女孩的皮鞋防護,男孩都會在車上事先放好鞋油。由於女孩子鞋子太多,顏色質地都不同,男孩子特地買了與女孩子皮鞋相適應的鞋油,一共三十種,都放在車的後備箱裡。每天男孩子會從後備箱拿出與女孩子鞋子相適應的鞋油,然後放在女孩常做的車座邊上。男孩天天如此:看一眼女孩的連衣裙,就拿出了正確的鞋油。有一天,男孩的媽媽搭順風車,看到男孩子做的奇怪事情而犯迷糊了。媽媽問男孩:你每天看她穿的連衣裙就知道她穿什麼鞋子了嗎?男孩子說:是的。媽媽問:為什麼?男孩子神秘兮兮地說了四個字:量子糾纏。
量子糾纏最早是愛因斯坦、波多爾斯基、羅森在1935年的一篇論文裡最早提出來的,當時他們哥仨為的是用量子糾纏來否定量子力學的波函式解釋。按照他們的思路,兩個粒子一旦出現糾纏,那麼就會出現資訊傳遞速度的無窮大。小編說的這個小故事裡就已經體現了這一點。男孩看到女孩的鞋子,就能在同時知道女孩的連衣裙。其實不是連衣裙的資訊是以無窮大的速度被男孩接收到呢?愛因斯坦稱之為“鬼魅的超距作用”。
瞭解量子糾纏倒不是多麼難,問題在於該如何量子糾纏的“鬼魅的超距作用”。這才是量子糾纏最難的地方。按照退相干理論,我們得出的結論就是超距作用。但是按照哥本哈根學派,那就不是了。哥本哈根學派認為,不測量啥也不存在。那麼我們只有測量兩次才能知道量子糾纏是否存在。於是在前面故事裡,男孩子看了女孩子的上半身,那麼女孩子就只有上半身是客觀存在的,下半身是不存在的。所以男孩子必須要再看一下眼女孩子的下半身,女孩子就齊活了。是不是有點瘮人。這就是哥本哈根學派的解釋。看起來像是唯心主義,但是問題在於實驗基本上驗證了這一解釋。這意味著量子力學的正統解釋對唯物主義造成了極大的衝擊。如果馬克思和列寧活到量子力學誕生的時代,不知道他們有何想法。
最後說一點量子力學的故事。霍金有一句話很有意思的話——上帝是個十足的賭徒。當然霍金是調侃愛因斯坦,因為愛因斯坦說過“上帝不擲骰子”。這倒不是說兩個人是有神論者,相反他們都是無神論者。他們信奉的上帝不是基督教的上帝,而是自然神——物理定律。愛因斯坦的話,翻譯過來就是,物理定律是決定論的,那麼就不應該引入機率。只要是量子力學學得好的就一定會有愛因斯坦的疑惑——量子力學的動力學方程明明是決定論的,為何會有機率?然而,大量實踐證明,量子力學需要機率。在量子力學看來,任何物理過程與機率都是緊密相連,有些物理過程絕對不會發生,有些是絕對會發生,有些則不好說。這件事情和量子糾纏就有這很重要的關係。因為按照量子力學的觀點,將兩個粒子的波函式乘起來(這裡嚴格說是直積,或者張量積)就能得到二粒子體系波函式。量子力學的相干性又導致我們要把所有可能的狀態加和起來。如果設定所有狀態裡二粒子的波函式只能是按照某種方式組合才是物理態,那麼就有可能出現量子糾纏。量子糾纏在實驗中已經被證明是存在的。比如兩個光子湮滅成正負電子對,這對電子對就是糾纏的。對於這個體系,有兩種狀態,要是正電子的自旋向上負電子自旋向下,要是反過來的,而且兩個狀態出現的機率都是50%。現在測量負電子的自旋,發現其處於自旋向上的機率50%,自旋向下50%。但是如果確定了它的自旋是向上的,那麼正電子的自旋必然向下。後面這個必然的意思是,在測量負電子之後再去測量正電子,那麼條件機率為100%。如果不先測負電子,而是先測正電子,那麼情況是正電子自旋向上的機率是50%,自旋向下50%;再測負電子,負電子的條件機率是100%或者0(由正電子的自旋情況來決定)。