末四十五:雙縫實驗,量子糾纏

科學不是小說,不能信口開河。

科學的指導思想總體是唯物的,而小說的指導思想總體是唯心的,科幻小說的指導思想則是建立在唯物科學基礎上的唯心猜想或幻想。

如果完全脫離了唯物科學的基礎,那就不是科幻,那是玄幻。

本書作爲科幻小說,爲了便於理解,本章解釋一下關於「肉球(創世者)」之“神蹟”的有關科學依據。

首先,世界十大經典物理實驗之一的「雙縫實驗」,這是一個非常著名的光學實驗,讓全世界的科學家們傷透腦筋,讓我們對世界上看到的東西和現象產生了懷疑。

在量子力學裡,雙縫實驗是一種演示光子或電子等微觀層面的「波動性」與「粒子性」(波粒二象性)的實驗。

雙縫實驗也是一種“雙路徑實驗”,下面簡單描述一下實驗過程:

用特殊儀器每次只發射1個光子,前面的遮板上有兩個縫隙,設爲「縫隙A」和「縫隙B」,遮板後面擺放一塊黑板。

按照常識推斷,這個光子每次「有且只有」以下三種情況中的一種:

1、被遮板擋住。

2、通過縫隙A。

3、通過縫隙B。

這很好理解,就像打籃球時,投籃的結果只有兩種情況,要麼投進,要麼投不進,不可能同時存在投進和投不進這兩種狀態。

但是這個實驗最讓人難以置信的地方就在於:真的出現了「投進和投不進同時存在」的狀態。

實驗結果顛覆了我們的常識,1個光子竟然能夠同時通過兩個縫隙,自己與自己產生了干涉。

更讓人難以理解的是:如果用另一個儀器對雙縫進行精確測量,以確定光子到底從哪個縫隙經過時,干涉條紋就會消失。

換句話說,光子似乎知道自己有沒有被測量,一旦被測量,它只會從一個縫隙中通過,而如果我們不測量,它又會同時從兩個縫隙中通過。

我們觀察還是不觀察,竟然能夠產生兩種完全不同的結果,就是這麼神奇。

1979年,在普林斯頓舉行了一場紀念愛因斯坦誕辰100週年的活動。

會上,愛因斯坦曾經的同事John Wheeler提出了一個實驗,那就是著名的“Delayed Choice Experiment 延遲選擇實驗”。

John Wheeler提出,在這個電子通過雙縫之後,我們再迅速在後面的黑板放上特殊攝像機,會觀察到怎樣的結果呢?

五年後,馬里蘭大學的Carroll O Alley和他的同事宣佈完成了這個實驗。

實驗結果表明:「是否放攝像機」可以決定電子以什麼方式通過雙縫。

這意味着:當我們閉上眼睛不去觀察電子時,電子不是實在的東西,它會向四周散發開來,以波的形態懸浮在空間中。

而當我們一旦睜開眼睛,電子的波函數會在瞬間坍縮,變成1個實實在在的粒子,隨機出現在某個位置上,讓你能看到它。

著名物理學家Niels Henrik David Bohr(玻爾)甚至認爲這個世界是由我們的意識決定的。

互補原理是這樣說的:電子既是一種粒子,也是一種波,具有波粒二重性。但在每一個特定的時刻,電子不可能既是粒子又是波,只能是其中的一種。它到底會是粒子還是波,這取決於是否有人觀察它,當沒人觀察它時,它是波,一旦有人觀察它,它就變成了粒子。

這就像我們去菜市場買菜,如果我們去了,看見了,那裡就是個菜市場;如果我們不去,看不見,那裡可能就是個洗浴中心!

還是那句話:就是這麼神奇!

當然,從微觀層面看,我們的眼睛或耳朵等也都是由一堆粒子構成。我們爲什麼能「看見」東西?因爲光的折射或反射等。

站在這個角度去看,「人類的視覺」會產生各種各樣的錯覺,比如:水中的倒影。我們也只不過是一堆粒子的排列組合,無法保證「觀測的絕對客觀性」,所以我認爲我們人類的「觀測行爲」逃不出「波粒二象性」很正常。

接下來,再解釋一下量子糾纏,簡單來說,量子糾纏是指2個糾纏的粒子處於波函數疊加狀態,測量其中1個粒子時,2個粒子的波函數就會坍塌。

曾有科學家在實驗中發現了一個線索,他建立了一個三維宇宙模型,發現只要將量子糾纏去掉,宇宙的時空就會發生混亂,成爲一塊塊時空碎片,量子糾纏似乎是宇宙中必不可少的要素。

而且,神奇的地方在於:這種坍塌是「即時」發生的,什麼叫作「即時」?就是無論這2個粒子相隔的距離有多遠,都會同時坍塌。

我們都知道,根據愛因斯坦的《相對論》,光速是宇宙中最快的速度,光速約爲299792458米/秒。

但量子糾纏的“速度”從表象上看甚至能達到1萬倍光速。

換句話說,哪怕這2個粒子相隔光需要10000秒才能到達的距離,也仍然能同時坍塌。

中國的量子衛星上天了,但量子糾纏只是負責驗證密鑰,無法傳遞信息。

「量子密鑰」的原理就像「薛定諤的貓」,你不觀察,處於疊加態,你一觀察,即時坍塌。

信息傳遞只是表象,有人認爲測量其中1個粒子時,另1個粒子的信息瞬間“傳遞”過來了,發生了信息傳遞的過程。

實際上,另1個粒子的信息不是傳遞過來的,而是由另1個粒子推導出來的:2個粒子處於糾纏態,這個信息在量子糾纏開始時就已經存在,隨後一直跟隨糾纏的粒子,所以傳播速度和粒子的運動速度相同。

糾纏態測量1次之後就會消失,不需要「超光速」傳播信息,也不需要在「超距」重新建立量子糾纏。

這就像把一雙手套分開,我們知道其中一隻是左手套,另一隻就是右手套。

左右手套的信息在手套分開時就已經存在了。

如果分開手套時,不知道是不是這雙手套,就不能得出另一隻手套的狀態。

在這個過程中,真正有價值的信息是這兩隻手套的對應關係,不是另一隻手套的狀態。

隨後,單獨改變一隻手套,並不能超光速傳遞信息重新建立兩隻手套的對應關係。

大多數解釋認爲量子糾纏是一次性的,量子糾纏的「超光速」只是理論層面的一種數學邏輯關係,實際不存在信息傳遞。

目前量子糾纏只被應用到「量子通信」領域中的「信息加密」領域,而不是靠糾纏態來傳遞信息。

量子力學理論中的「觀測者效應」也否定了靠糾纏態來「超光速」傳遞信息的可能。

簡單來說,糾纏態的一對粒子,當其中1個發生變化時,另1個發生對應的變化,但這種變化是無法觀測的,因爲「觀測這個行爲」會影響粒子的狀態。

當你想利用量子糾纏傳遞一個詞語“你好”的信息時,你不能看不能聽,接收信息的那方也不能看不能聽,否則會立刻坍塌。

所以通過量子糾纏傳遞信息對人類來說毫無意義。

肉球,你以爲你躲起來,我就找不到你了嗎?沒有用的,你是那樣拉轟的男人,無論走到哪裡,就像黑夜裡的螢火蟲,那樣的鮮明,那樣的出衆。

你那憂鬱的眼神,唏噓的鬍渣子,神乎其技的小短胳膊,還有那杯Dry martine,都深深迷住了我。

不過,雖然你是那樣的出色,但是行有行規,不管怎麼樣,你作爲創世者,要出來給大家解釋清楚啊!讓我幫你講了半天,你不用給錢嗎?!

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