量子世界奇妙在哪里?
2016年,墨子号量子科学实验卫星的发射,让“量子”走进了人们的视线,大多数人只是来凑个热闹,感叹一下祖国的伟大。如今量子通信保密技术已经从实验室走向工业化,我国在合肥、济南等地建设了规模化量子通信城域网,量子保密通信“京沪干线”也顺利开通,我们发现量子好像已经走进了我们的世界。2018年上映的《蚁人2》里光怪陆离的量子领域让人欲罢不能,记得当时自己反复看了好几遍,对里面很多东西仍是感觉似懂非懂,觉得很奇妙,可是奇妙在哪里?又说不出来,《奇妙量子世界》这本书就是用漫画的方式,教我们去读量子,很有趣,也相对好理解!量子究竟奇妙在哪里呢?
不确定性
不确定性也被翻译成“测不准原理”,《奇妙量子世界》里举了关于威斯纳量子钞票的例子,比较形象。如果有人想印伪钞,发现量子不可克隆,于是他想测量一张钞票的量子态,然后进行仿造,结果发现无法一次准确测出量子态的全部特征,量子态又只能测一次。
现代物理学家普遍的认为:不确定性原理是事物的一种内在特性,在测量的时候,会根据测量手段而呈现出相应的精度结果。利用量子的不确定性,一个新的理论就诞生了,它一是——量子密码学,BB84协议的发表标志着它的诞生,通过构造一个安全的通信通道,使任何在信道上的窃听行为不可能对通信本身产生影响,以达到窃听失败的目的。目前量子信息技术在“密钥分配”这个分支发挥了重要作用,典型的例子就是“京沪干线”。在本书的第九章有详细介绍。
波粒二象性
关于光到底是粒子还是波,科学界经过多年的争论得出了光具有粒子和波的双重性质,叫做“波粒二象性”这个在大学物理里做过实验所以这部分内容对于我来说还好理解,《奇妙量子世界》在第十章里通过图示实验的方式进行讲解,图示的内容还原了当年做实验的画面,还记得当年还是在N个同学的帮助下,费了九牛二虎之力才调出了实验,所以记忆深刻。如果有机会、有条件一定要自己动手做一下实验,那有关波粒二象性就更清楚了。
量子纠缠
量子纠缠听起来比较诡异,感觉有点像又胞胎之间的心灵感应。通过某种方式制备出来的两个粒子,它们无论距离多远,都会相互关联,具有一种“超距作用”。电影《黑客帝国》里一个场景印象很深刻,的主角尼奥在后脑勺通过一根数据连接线就能让人脑接入网络,晚上做梦竟然梦到了类似的场景,感觉好真实。
不光在《黑客帝国》,许多科幻题材的电影、小说也很喜欢这类素材。在《三体》里智子是利用量子纠缠来传递信息的。
三体星人将智能机器人分成了两对,分别进行量子纠缠,将其中的两个留在三体星上作为通讯和控制的工具,另外两个发射到了地球上。借助量子纠缠的“超距作用”来传递信息。
值得注意的是,量子纠缠并不限定在2个粒子之间,完全可以涉及到3个或更多的粒子,《奇妙的量子世界》的第十二章讲解了宏观的量子纠缠。而就在最近,由中国科学技术大学与美国国家标准技术研究院的学者合作,研制的原子和分子间的“跨界”量子纠缠,使量子信息处理器变得更复杂。书中第十四章物理学家在绝对零度附近观察原子“恋爱”和分子“分手”对于理解“跨界”量子纠缠很有帮助。
本书最大的特点就是既有科学的严谨,又不失趣味,是一本很好的科普书,有时候生硬的文字很难让人理解,简单的漫画形式却能形象的表达出来。很喜欢这种形式,希望能有越来越多的漫画科普书籍带给大家!