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量子纠缠,看似荒谬的超距感应

作者:jnscsh   时间:2022-03-28 08:41:30   浏览次数:

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Vچ论文的课题。在读了一篇鲜为人知、由爱尔兰物理学家约翰·贝尔(John Bell)所写的论文后,克劳泽认为自己找到了验证谁对谁错的实验方法。在这篇论文中,贝尔已经发现如何验证纠缠态的粒子究竟是用鬼魅般的作用来沟通,抑或是根本就没有什么鬼魅,粒子的状态就像是成双的手套那样早就已经决定了的。贝尔甚至巧用数学运算,证明了如果这鬼魅般的作用不成立,那么量子力学就正如爱因斯坦所想的那样,是错的。贝尔是个理论物理学家,他的论文表明只要你能够建造出一种仪器,能够大量制造并比较纠缠态的粒子,这个问题就可以被解决。

按照贝尔在论文中的想象,克劳泽设计出了能够平息这场争论的仪器。“那时候我还只是个笨手笨脚的研究生,便很幸运地有了一个机会来发现能够震撼全世界的结果。”克劳泽的仪器可以测量数以千计的纠缠粒子,然后比较它们的自旋状态,但随着结果逐渐揭晓,克劳泽感到惊讶并为此不悦。“我不断地问自己:我哪里做错了吗?”克劳泽反复重复了自己的实验。不久后法国物理学家阿兰·阿斯佩(Alain Aspect)进行了更明确的测试,得到了更加确定的结果,消除了一切疑问。

克劳泽与阿斯佩的结果相当惊人,他们证明了量子力学的方程是正确的,纠缠是真实的,粒子可以跨越空间连接——对其一进行测量,确实可以瞬间影响到它远方的同伴,仿佛跨越了空间限制。爱因斯坦生前认为不可能的“鬼魅般的超距作用”,确实存在。“我再次为自己没有推翻量子力学而感到难过,因为无论是在当时还是现在,要我理解量子力学都是很困难的。”克劳泽说。

瞬间移动技术

量子纠缠,是量子力学里最古怪的东西。即使我们无法领会它,也不要问这是为什么,我们只能说,世界显然就是如此运作的。倘若我们能够接受世界原本就是如此古怪的事实,那么我们能否利用这种“鬼魅般的超距作用”来做些有用的事情呢?好吧,梦想之一就是实现“瞬间移动”,将人体或物体从一处传送到另一处,而不需要经过中间的空间。

美国科幻剧《星际迷航》总是在用“瞬间移动”方法,把人从一处送到另一处。不过这是科幻,量子纠缠能使梦想成真吗?事实上,瞬间移动的实验早就在非洲加那利群岛的海岸边进行了。“我们之所以选在加那利群岛做实验,是因为这里有两座天文台,这样的实验环境很棒。”维也纳大学的实验物理学家安东·蔡林格(Anton Zeilinger)说。蔡林格的传送对象不是他自己或其他人,他试图利用量子纠缠来传送单一微小的粒子,在此例中是光的粒子,即光子。他先在拉帕尔玛的实验室中制造出一对纠缠的光子,将其一留在拉帕尔玛,另一个则用激光发送到140公里外的特内里费岛上。蔡林格再追加第三颗要被传送的光子,让它与留在拉帕尔玛的纠缠光子互相作用。研究团队再将这两个光子的量子状态作出比较,神奇的事就发生了。由于鬼魅般的超距作用,团队能够利用这项比较来将远方岛上的纠缠态光子转变为与第三颗光子相同的东西,仿佛第三颗光子瞬间超越了海洋一样。

“这就像是取出了原本光子的信息,然后在远方重建它。”使用这种技术,蔡林格已经成功传送了几十个光子。

如果将这种技术继续发展下去会如何呢?既然我们的身体也是由粒子所组成的,这项技术未来能否用来传送人体呢?假如你人在上海,却想去巴黎吃顿午餐,那么理论上,量子纠缠在未来可以使之实现。你只需要在上海把自己变成一群粒子,并使它们与巴黎的另一群粒子纠缠。

想象一下遥远未来的某一天,在上海,你走进一个透明的圆筒状扫描舱中,装置便开始击碎你的身体,将其分解成为基本粒子,并扫描每一个粒子;与此同时,位于巴黎的一个扫描舱也对其中的粒子进行扫描,列出上海与巴黎两组粒子的量子状态对照表,接着加入了纠缠效应。随后,操作员将量子状态对照表传送到巴黎,在那边用这张表来重建你身体粒子的确切量子状态。由于鬼魅般的超距作用,另一个你就在巴黎成形了。这并非是你身体的粒子从上海移动到了巴黎,而是量子纠缠允许你的量子状态可以在上海被撷取,于是你的复制品到了巴黎。在巴黎成形的那位的确是你,因为在上海测量所有粒子的状态时,就已经摧毁了原来的你。

就目前的技术而言,我们离人体“瞬间移动”还很遥远,但这样的展望仍然会引发我们的深思。显然,位于上海与位于巴黎两处的你是毫无差异的,因为根据量子力学,让你成为你的不是物理粒子,而是这些物理粒子中所包含的信息,而构成你身体的几百万兆个粒子中的信息都可以被传送。不过你或许仍然会问:巴黎那边的我真的是我吗?

蔡林格认为:“这是一个深刻的哲学问题。到达接收站的个体究竟是不是本来的个体?我所说的‘本来’的个体,应该是含有原本个体的所有特性,如果是这样的话,那么就可以算是‘本来’”。

不过,人的情感却往往是非理性的。克劳泽就曾说过:“我可不想踏进那机器里一步。”

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