量子糾纏解釋-它是如何真正工作的？

兩個粒子哪怕隔着一個銀河系那麼遠 你動一下其中一個 另一個會瞬間跟着變 不是打電話通知的 不是發信號過去的 就是同時發生的 愛因斯坦管這叫鬼魅般的超距作用 說這玩意兒不可能 肯定哪裏出了問題 但後來實驗做出來 他錯了 今天咱們就把這事徹底聊透 不扯數學公式 不用你懂物理 就用人話把量子糾纏這層窗戶之瞳破 看完你至少能明白三件事 它到底是什麼 爲什麼愛因斯坦會翻車 以及這玩意兒到底能不能用來搞超光速通行 糾纏到底是什麼 一個比喻說清楚 想象一下 小帥和小美結婚了 從結婚那天起 他倆在法律上就是一家人 這可以叫糾纏 後來小帥出意外走了 小美的身份瞬間從妻子變成了寡婦 發生在小帥身上的事 隔再遠也立刻改變了小美的狀態 但量子糾纏比這個狠得多 咱們換兩個電子 每個電子都有個叫自旋的屬性 你可以簡單理解成它自帶一個微小磁場 要麼直向上 要麼直向下 現在我們通過技術手段 把兩個電子糾纏在一起 並且規定 它倆的自旋方向必須永遠相反 也就是說 如果電子一是上 那電子二必須是下 反過來也一樣 就像一副手套 左邊那隻和右邊那隻永遠配一對 然後我們把這兩個電子 往相反方向發射出去 一個飛向北京的小帥 一個飛向紐約的小美 在飛行的過程中 誰也沒測量過它們 按照量子力學的說法 這兩個電子各自的狀態是不確定的 電子一既不是上也不是下 它是上和下的疊加態 連宇宙自己都不知道它到底是什麼 只有當你真正去測量電子一的那一瞬間 它才隨機選一個方向坍縮下來 比如測出來是上 那好了 遠在紐約的電子二會瞬間確定是下 而且是同一時刻 沒有任何延遲 跟手套的區別 這纔是量子世界最詭異的地方 你可能會說 這有什麼稀奇的 我也可以把手套分裝兩個箱子 一個寄北京 一個寄紐約 北京那邊打開一看是左手 當然就知道紐約那邊是右手 區別大了去了 箱子裏的手套 從你裝進去那一刻起 就已經確定了哪隻是左哪隻是右 只是你不知道而已 但糾纏的那兩個電子 在被測量之前 確實沒有確定的方向 它不是你不知道 而是它本身就是不確定的 測量這個動作 不是在發現一個已經存在的事實 而是在創造一個事實 這個區別 是量子力學跟所有經典物理學 最根本的分水嶺 愛因斯坦爲什麼死活不幸 1935年 愛因斯坦跟兩個同事 波多爾斯基和羅森 寫了一篇論文 就是物理學史上 大名鼎鼎的EPR楊幼 取三個人名字首字母 他們的邏輯很簡單 測量北京的電子 1.紐約的電子2 瞬間就確定了狀態 這不就是 有一種信息超光速傳遞了嗎 而相對論早就說了 光速是宇宙速度極限 沒有任何信息能超過光速 所以愛因斯坦認爲 量子力學肯定不完整 一定存在某種 我們還沒發現的隱變量 早在兩個電子發射出去之前 就已經規定好了 他們各自的狀態 就像手套一樣 只是我們不知道而已 量子力學那個疊加態的說法 只是因爲我們還沒找到 那個隱藏的規律 另一位物理學巨頭波爾 直接跟他槓上了 波爾說 老愛 你那個經典物理的直覺 在微觀世界不適用 宇宙就是不講道理的 你必須接受 不確定性是世界的底層屬性 兩人吵了半輩子 誰也沒說服誰 貝爾實驗 一錘定音 這場世紀大辯論 一直持續到1964年 一個叫約翰·貝爾的物理學家 想出了一個 可以實際驗證的辦法 設計一個實驗 通過大量統計數據 來判斷到底愛因斯坦對 還是波爾對 他推導出一個數學不等式 叫貝爾不等式 如果世界是愛因斯坦 說的那種隱變量模式 實驗結果會滿足這個不等式 如果世界是量子力學 說的那種隨機探索模式 實驗結果會突破這個不等式 到了70年代 物理學家克勞澤和弗裏德曼 真的把實驗做了出來 結果讓所有人都得重新思考 實驗數據清清楚楚地 違背了貝爾不等式 完美符合量子力學的預測 愛因斯坦錯了 至少在這件事上 這位20世紀最偉大的物理學家 確實翻車了 但是 這並不是超光速通信 聽到這兒你可能激動了 既然兩個粒子能瞬間聯動 那是不是可以用來 搞超光速通信 小帥在北京測一下 紐約的小美那邊立刻就有反應 這不就傳信息了嗎 不行 關鍵在於一個 你剛纔可能沒太注意的細節 小帥測量電子一的時候 得到的結果是上還是下 是完全隨機的 他沒法控制 他想發個一 但他可能測出來是零 他控制不了這個結果 所以他沒法通過測量 來主動傳遞任何信息 只有一種辦法 能讓小美知道 他倆的結果有關聯 小帥得打電話 或者發郵件告訴小美 我測出來是上 小美在對比自己的結果 發現果然是下 這才知道 哦 原來我們的粒子是糾纏的 你看 這通電話或者郵件的信息傳遞 依然受光速限制 超光速通信 門都沒有 那糾纏到底有啥用 雖然沒有超光速通信 但量子糾纏有更實在的用場 一個是量子加密 如果用糾纏粒子隊 來做通信密鑰 任何第三方只要試圖竊聽 測量其中一個粒子 糾纏狀態就會被破壞 雙方立刻就能發現 有人在偷看 這比現在所有的 加密方式都徹底 它不是很難破解 而是物理上不可能破解 另一個是量子計算 把大量量子比特 糾纏在一起 它們的計算能力不是疊加 而是指數級增長 有些問題 經典計算機要算幾億年 量子計算機 可能幾分鐘就搞定 這也是爲什麼 各國都在拼命砸錢 研究量子計算 一旦做成 現有的密碼體系 全部失效 材料科學 藥物研發 全都會迎來 革命性的突破 最後一個扎心的真相 糾纏的粒子 無論相隔多遠 本質上都是一個 不可分割的整體 你測量其中一個 其實是在改變 整個系統的狀態 這不是信息傳遞 而是整體性的體現 就像你的左手和右手 你捏一下左手 大腦知道疼 這不是信息 從左手傳到大腦 再傳到右手 而是它們本來 就是同一個身體 從這個角度看 量子糾纏 實際上是在告訴我們 在微觀世界的底層 空間和距離的概念 可能並不像我們 直覺中那麼根本 兩個糾纏的粒子 哪怕隔着一百光年 從數學上講 它們依然屬於 同一個波函數 同一個整體 空間把它們分開了 但物理規律沒有 我第一次認真想 這件事的時候 後脊樑發涼 如果連距離這種 我們認爲天經地義的東西 在宇宙底層都不算數 那我們平時依賴的 所有直覺 前後 左右 過去 未來 這裏 那裏 到底有多少是真的 量子糾纏 給了我們一個巴掌 也給了我們一個禮物 巴掌是 你那些靠日常經驗 積累起來的直覺 在微觀世界一文不值 禮物是 這個宇宙比你想象的 還要奇怪 還要迷人 而最妙的是 你不需要相信我說的話 那些實驗數據就擺在那兒 已經半個世紀了