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末四十五:双缝实验,量子纠缠

科学不是小说,不能信口开河。

科学的指导思想总体是唯物的,而小说的指导思想总体是唯心的,科幻小说的指导思想则是建立在唯物科学基础上的唯心猜想或幻想。

如果完全脱离了唯物科学的基础,那就不是科幻,那是玄幻。

本书作为科幻小说,为了便于理解,本章解释一下关于「肉球(创世者)」之“神迹”的有关科学依据。

首先,世界十大经典物理实验之一的「双缝实验」,这是一个非常著名的光学实验,让全世界的科学家们伤透脑筋,让我们对世界上看到的东西和现象产生了怀疑。

在量子力学里,双缝实验是一种演示光子或电子等微观层面的「波动性」与「粒子性」(波粒二象性)的实验。

双缝实验也是一种“双路径实验”,下面简单描述一下实验过程:

用特殊仪器每次只发射1个光子,前面的遮板上有两个缝隙,设为「缝隙A」和「缝隙B」,遮板后面摆放一块黑板。

按照常识推断,这个光子每次「有且只有」以下三种情况中的一种:

1、被遮板挡住。

2、通过缝隙A。

3、通过缝隙B。

这很好理解,就像打篮球时,投篮的结果只有两种情况,要么投进,要么投不进,不可能同时存在投进和投不进这两种状态。

但是这个实验最让人难以置信的地方就在于:真的出现了「投进和投不进同时存在」的状态。

实验结果颠覆了我们的常识,1个光子竟然能够同时通过两个缝隙,自己与自己产生了干涉。

更让人难以理解的是:如果用另一个仪器对双缝进行精确测量,以确定光子到底从哪个缝隙经过时,干涉条纹就会消失。

换句话说,光子似乎知道自己有没有被测量,一旦被测量,它只会从一个缝隙中通过,而如果我们不测量,它又会同时从两个缝隙中通过。

我们观察还是不观察,竟然能够产生两种完全不同的结果,就是这么神奇。

1979年,在普林斯顿举行了一场纪念爱因斯坦诞辰100周年的活动。

会上,爱因斯坦曾经的同事John Wheeler提出了一个实验,那就是著名的“Delayed Choice Experiment 延迟选择实验”。

John Wheeler提出,在这个电子通过双缝之后,我们再迅速在后面的黑板放上特殊摄像机,会观察到怎样的结果呢?

五年后,马里兰大学的Carroll O Alley和他的同事宣布完成了这个实验。

实验结果表明:「是否放摄像机」可以决定电子以什么方式通过双缝。

这意味着:当我们闭上眼睛不去观察电子时,电子不是实在的东西,它会向四周散发开来,以波的形态悬浮在空间中。

而当我们一旦睁开眼睛,电子的波函数会在瞬间坍缩,变成1个实实在在的粒子,随机出现在某个位置上,让你能看到它。

著名物理学家Niels Henrik David Bohr(玻尔)甚至认为这个世界是由我们的意识决定的。

互补原理是这样说的:电子既是一种粒子,也是一种波,具有波粒二重性。但在每一个特定的时刻,电子不可能既是粒子又是波,只能是其中的一种。它到底会是粒子还是波,这取决于是否有人观察它,当没人观察它时,它是波,一旦有人观察它,它就变成了粒子。

这就像我们去菜市场买菜,如果我们去了,看见了,那里就是个菜市场;如果我们不去,看不见,那里可能就是个洗浴中心!

还是那句话:就是这么神奇!

当然,从微观层面看,我们的眼睛或耳朵等也都是由一堆粒子构成。我们为什么能「看见」东西?因为光的折射或反射等。

站在这个角度去看,「人类的视觉」会产生各种各样的错觉,比如:水中的倒影。我们也只不过是一堆粒子的排列组合,无法保证「观测的绝对客观性」,所以我认为我们人类的「观测行为」逃不出「波粒二象性」很正常。

接下来,再解释一下量子纠缠,简单来说,量子纠缠是指2个纠缠的粒子处于波函数叠加状态,测量其中1个粒子时,2个粒子的波函数就会坍塌。

曾有科学家在实验中发现了一个线索,他建立了一个三维宇宙模型,发现只要将量子纠缠去掉,宇宙的时空就会发生混乱,成为一块块时空碎片,量子纠缠似乎是宇宙中必不可少的要素。

而且,神奇的地方在于:这种坍塌是「即时」发生的,什么叫作「即时」?就是无论这2个粒子相隔的距离有多远,都会同时坍塌。

我们都知道,根据爱因斯坦的《相对论》,光速是宇宙中最快的速度,光速约为299792458米/秒。

但量子纠缠的“速度”从表象上看甚至能达到1万倍光速。

换句话说,哪怕这2个粒子相隔光需要10000秒才能到达的距离,也仍然能同时坍塌。

中国的量子卫星上天了,但量子纠缠只是负责验证密钥,无法传递信息。

「量子密钥」的原理就像「薛定谔的猫」,你不观察,处于叠加态,你一观察,即时坍塌。

信息传递只是表象,有人认为测量其中1个粒子时,另1个粒子的信息瞬间“传递”过来了,发生了信息传递的过程。

实际上,另1个粒子的信息不是传递过来的,而是由另1个粒子推导出来的:2个粒子处于纠缠态,这个信息在量子纠缠开始时就已经存在,随后一直跟随纠缠的粒子,所以传播速度和粒子的运动速度相同。

纠缠态测量1次之后就会消失,不需要「超光速」传播信息,也不需要在「超距」重新建立量子纠缠。

这就像把一双手套分开,我们知道其中一只是左手套,另一只就是右手套。

左右手套的信息在手套分开时就已经存在了。

如果分开手套时,不知道是不是这双手套,就不能得出另一只手套的状态。

在这个过程中,真正有价值的信息是这两只手套的对应关系,不是另一只手套的状态。

随后,单独改变一只手套,并不能超光速传递信息重新建立两只手套的对应关系。

大多数解释认为量子纠缠是一次性的,量子纠缠的「超光速」只是理论层面的一种数学逻辑关系,实际不存在信息传递。

目前量子纠缠只被应用到「量子通信」领域中的「信息加密」领域,而不是靠纠缠态来传递信息。

量子力学理论中的「观测者效应」也否定了靠纠缠态来「超光速」传递信息的可能。

简单来说,纠缠态的一对粒子,当其中1个发生变化时,另1个发生对应的变化,但这种变化是无法观测的,因为「观测这个行为」会影响粒子的状态。

当你想利用量子纠缠传递一个词语“你好”的信息时,你不能看不能听,接收信息的那方也不能看不能听,否则会立刻坍塌。

所以通过量子纠缠传递信息对人类来说毫无意义。

肉球,你以为你躲起来,我就找不到你了吗?没有用的,你是那样拉轰的男人,无论走到哪里,就像黑夜里的萤火虫,那样的鲜明,那样的出众。

你那忧郁的眼神,唏嘘的胡渣子,神乎其技的小短胳膊,还有那杯Dry martine,都深深迷住了我。

不过,虽然你是那样的出色,但是行有行规,不管怎么样,你作为创世者,要出来给大家解释清楚啊!让我帮你讲了半天,你不用给钱吗?!

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