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怎样科学的理解量子纠缠现象
史上最怪、最不合理、最疯狂、最荒谬的量子力学预测便是“量子纠缠”。量子纠缠是一种理论性的预测,它是从量子力学的方程式中得来的。如果两个粒子的距离够近,它们可以变成纠缠状态而使某些性质连接。出乎意料的是,量子力学表明,即便你将这两个粒子分开,让它们以反方向运动,它们依旧无法摆脱纠缠态。
要了解量子纠缠有多么怪异,我们可以拿电子的“自旋”作例子。电子的自旋与陀螺不同,其状态总是游移不定的,直到你观测它的那一刻才能决定。当你观测它时,就会发现它不是顺时针转就是逆时针转。假设有两个互相纠缠的电子对,当其中一个顺时针转时,另一个就逆时针转,反之亦然。不过奇怪之处是它们并没有真正连接在一起。对量子理论坚信不疑的波尔和他的同事们相信,量子纠缠可以预测相隔甚远的电子对的状态,即便它们一个在地球,一个在月球,没有传输线相连,如果你在某个时刻观测到其中一个电子在顺时针旋转,那么另一个在同一时刻必定是在逆时针旋转。换句话说,如果你对其中一个粒子进行观测,那么你不止是影响了它,你的观测也同时影响了它所纠缠的伙伴,而且这与两个粒子间的距离无关。两个粒子的这种怪异的远距离连接,爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。
量子纠缠的神奇之处就在于,当你对其中一个粒子测量时,也会影响到另一个粒子的状态,尽管二者之间没有作用力、滑轮或电话线之类的东西相连,没有任何方法可以彼此沟通。这真是诡异至极啊!
爱因斯坦无法相信纠缠会如此运作,于是他说服自己:出错的是数学,而不是现实。他赞同纠缠态的粒子是存在的,但他认为有更简单的方式可以解释为什么它们彼此连接,而不必涉及神秘的超距作用。他坚信一对纠缠态的粒子更像是一双手套。想象把一双手套分开放置于两只箱子中,然后一只箱子交给你保管,另一只箱子则放置于南极洲,在你开箱以前就知道箱子里放着左手或右手的手套。然后你打开箱子,如果看见左手的手套,在这瞬间,就算没人看过南极洲的箱子,你也能够知道那里装的是右手的手套。这一点也不神秘,你打开箱子,显然不会影响到另一只箱子里的手套。你身边的这只箱子装着左手的手套,而南极洲的那只箱子则装着右手的手套,这是在当初分装时就已决定了的。爱因斯坦相信,所谓的纠缠态只不过如此而已,电子的一切状态在它们彼此分离的时候就已经决定了。
如何理解量子纠缠的原理及应用
所谓纠缠,不外乎两类:一类是自己与别人相互密切作用,二,自己与自己的影子在对应。把其中的原理搞清楚了,所谓的量子纠缠也就没有任何的神秘感了,当然,彻底搞清楚纠缠的适配条件,这是需要探索和发现的。
记住一点就可以了,生活中的常识,就是一切现象的常识。
真理,体现在日常生活现象的常识,科学,也离不开真理,否则,一定是伪科学。
实在想不通量子纠缠如何解释
实在想不通量子纠缠如何解释?
★量子纠缠现象这种问题只有中国科技技术大学的潘建伟教授……量子卫星首席科学家最有发言权。而我们仅仅只是从书本上看到的一点点,关于量子纠缠皮毛知识。
★在量子力学里面,当几个粒子在彼此相互作用后,由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质,所以无法单独描述各个粒子的性质,仅仅只能够描述整体系统的性质。
★量子纠缠是一种在经典力学中不存在的,只发生于量子系统中的现象。当几个粒子在相互作用后形成为一个整体时,这些粒子所拥有的特性就会综合为整体的性质,这就叫做量子纠缠。
此时一个粒子发生的所有情况都会立即影响到其他粒子,如果我们说两个电子处于量子纠缠,那就意味着当我们对其中一个电子进行测量时,改变了这个电子的量子态,另外一个电子的量子态也会立即随着发生变化。量子态的改变会引起信息类容的坍缩。尽管我们并没有对另外一个电子进行测量,尽管这两个电子可能距离非常遥远,这就是为什么有人形容量子纠缠就像是人与人之间的心灵感应。据研究表明,量子纠缠现象只存在于纯粹的量子系统里,在宏观世界中找不到任何类似的现象。对于两个宏观上的物体,无论我们用什么方法让它们整合,当它们分开之后,也不会产生类似量子纠缠现象。
爱因斯坦把量子纠缠斥为鬼魅般的超距作用,不可能有比光传播速度还快的物质,并以此来驳斥量子力学的不合理之处。然而停留在理论阶段的争论并不能让人信服。于是就出现了薛定谔的猫。
在我们没有打开盒子之前,薛定谔的猫是只既死又活的猫,这种状态就叫做量子叠加态。微观物质会以波的叠加混沌态存在,如果我们打开盒子进行观测,猫构成的波函数会由叠加态立即坍缩到某一个本征态。微观物质也会立刻选择成为粒子,那么猫就会随机产生,生或者死两种情况。这个实验把微观量子行为拿到了宏观世界来推演,猫的死活就像是处于量子纠缠的两个例子。
2017年我国研发的量子力学实验卫星墨子号,发现两个量子纠缠的光子被分发到相距超过1200公里的位置后,仍可以继续保持其量子纠缠。利用量子纠缠理论,实现量子通信概念的提出,通过科学家们的研究,充分证实了爱因斯坦的“幽灵Spooky”存在,即超距离作用存在,宇宙中任意两种物质之间,无论距离多远,都可能相互影响,不受四维空间的约束,是非局域的。从这一点讲,当处于量子纠缠态的粒子被观测之后,它们的状态就确定了,与此同时,它们之间的联系也就不再存在了,简单地理解为,量子纠缠态是只有一次机会的。
2018年芬兰麦卡习岚帕教授领导的团队,成功地通过了两个独自震动的鼓膜,演示出宏观的量子纠缠,相信量子纠缠。不久的未来会有更多实质性的发展,比如在通信领域实现量子密室分发,把处于量子纠缠的粒子分发给通信者,任意一个粒子被测量都会被对方发觉,有效避免监听。
知足常乐2021.8.31日于上海
如何通俗的解释量子纠缠
量子纠缠,是一种量子力学现象。
通俗地讲,就是两个粒子带在一块时间久了,然后让它们分开,这个时候,单独影响其中一个粒子,另一个粒子立马也会改变性质,尽管它们之间可能有万里之遥。
为什么会出现这种事情,难道是它们太相爱了,忘不了彼此?
这时候就要再举个栗子!
一个皮球上有一只蚂蚁,我们暂且把它当做是个二维世界的动物,我拿个铁签,一下把皮球穿透了。蚂蚁爬过了铁签的尾巴,又爬到了铁签的尖头,它对另一只蚂蚁说,我发现了两个铁签。
你如果把自己拍扁了,进入二维世界跟它辩论,任你怎么口若悬河,它也坚信,铁签是两根,而不是一根。
同样的道理,量子纠缠如果上升到四维,在四维人看来,这根本就不叫个事,就像铁签穿球一样的道理,这俩粒子实际上就是同一个例子的正反面而已,都是同一个粒子,当然你动了一个会影响另一个喽。
但,无论怎么解释,你却怎么都不会明白!
差了一个维度,就差了一个宇宙!
用心写回答!让难懂的科学变有趣,发现生活中的科学,欢迎关注“科学重口味”!
有人说善恶不是彼此对立,而是相互纠缠,你怎么看
管他善与恶,好与坏,美与丑等
等,都属二元对立的范畴。有正
有反,就有对立。
当然,对立也有统一的时候,这
叫相反相成。而善与良与好与美,
那叫互相依存,那叫相辅相成。
矛盾不是彼此对立,硬要加个新
名词叫互相纠缠,意义何在?
不妨说出来让大家听听,也好长点
所谓的“姿势”……
量子是怎样产生纠缠的能否通俗易懂地解释一下
这是一个很难回答又吸引眼球的科普问题,反复出现在“悟空问答”上,我多次作答,为防止“搬运”自已以前的回答,再次将以前的解答修改、取舍、整理以飨读者,欢迎理性评论、讨论,(乱骂乱喷者等于在骂你自已,对过分人身攻击者保留举报权利)。
量子纠缠是微观粒子的一种物理特性,在量子物理学中表达较抽象。为此我特别地把“微观量子”变成“宏观物体”来尝试科普一下“量子纠缠”,但愿能让你明白个“一知半解”。
1.量子纠缠是微观粒子特有状态。什么是“纠缠”呢?举个例子,母女是一家人,母亲在北京,女儿在上海。女儿生了儿子,北京的母亲不管知不知道,马上变为了祖母,北京的“母亲”变为“祖母”是与上海的女儿变为“母亲”是同时的。并不需要时间来传递这一信息。这就是“纠缠”。条件是必须是“一家人”。
2.系统和状态。量子纠缠中发生纠缠的两个粒子也必须是“一家人”,物理学中说成是“同一个系统”。不过两个粒子不是母女关系,我们识别这两个粒子的物理特征是“状态”。什么是状态呢?还是以两个人为例。甲乙二人,甲头朝上,乙也头朝上,这叫系统中的甲乙二人具有同一(相同)状态。甲头朝上,乙头朝下,(或甲头朝下,乙头朝上)叫做系统中甲乙二人具有相反状态。
3.微观粒子充斥我们周围空间,但是两两粒子间并不发生纠缠,这是因为它们不处于“同一系统中”。因为“处于同一系统中”是量子纠缠的前提条件。
4.怎么样才能获得“同一系统中”两个粒子呢?可以想办法将一个粒子一分为二。由于分开后的二个粒子来自于同一粒子,这二个粒子就是同处于一个系统的互相纠缠的粒子了。
5.量子分发。如从“墨子号”上把处于同一个系统中的两个粒子一个发往北京,一个发`住上海,叫量子分发。
6..量子状态操纵。如果对北京的量子状态进行改变(比如把头朝上的人变为头朝下),上海的那个量子也同时发生相应的改变。这种“改变量子状态的操作”叫量子操纵。系统中两个粒子同时改变状态,这就是我们说的量子纠缠状态。
7.量子密钥。还是以人为例。头朝上和头朝下对应0和1两个数来进行編码(现在的电子计算机中是用电流的“通”,“断”来对应0和1两个数实现编码的)。不同的状态构成的数码,形成量子密码。
8.量子密钥保密原理。能收到量子密码的接收机的量子信号一定是与发送量子密码的发送机的量子是“同一系统中”的量子,所以其它接收机是不可能接收到这一编码的。当有人试图去接收量子密码,则根椐量子纠缠的原理,这一密码系统马上就“坍缩”了,所以“破译”量子密码也无从谈起。也不存在用自已的“矛”去破自已的“盾”的说法。
9.在常规的电子通讯信号前加上量子密码,就可实现量子保密通讯了。
10.量子叠加态。量子叠加也会产生纠缠,这是由量子力学中的一个有趣的“薛定鄂猫”的实验思想给出的量子力学中的一种量子纠缠态。
11.量子叠加态不光有“人头朝上和头朝下”那么两种。好比这个人是跳街舞的,可以上下翻倒立,可以前后翻滚,可以脚手振动,可以就地打圈,可以平动滑动,可以腾空翻飞,可以側身转动……这些动作集于人(量子)一身就叫叠加,如果有两个(或多个)量子是同一系统的,他们都会跳出这迷人的舞蹈,这就是量子纠缠。
12.量子叠加态的状态越多,则自由度越大,要表示的维度越大,操纵量子越困难。但是其量子比特越大,进行计算机量子并行计算的信息量越大越快。一维平动,二维平面运动,三维空间运动,还要描述量子的振动、波动、动量、角动量、量子机率……这些物理量。从而让“量子”成了一个一个的精巧的数学模型,要用多维空间去描述。“量子力学”一百多年来也变成了一座“富丽堂皇”的物理大厦。但量子力学理论的应用性开发和相关理论的实验证明还待跟进,这是量子物理学家为什么乐此不疲地去探索量子叠加,量子纠缠和量子操纵的道理。
13.量子纠缠的机理是什么?我告诉你我也不知道。有人试图引入“量子场论”、“弦理论”或则被物理学抛异了的“以太”来加以解释都没结果。或许这是给下一个诺贝尔物理学奖获得者的课题,你就耐心地等待一下吧!
结束语:只要是学物理的都知道量子力学是大学四大力学(理论力学,电动力学,热力学,量子力学)中最难学的一门课程。大部分学生学得一头雾水,毕业后除一些量子名词以外,全部还给了老师,成了“小白”,其水平跟“民科”差不多。但愿我这个学过一点量子力学的“量子小白”的解释能给你一点启发。