从量子纠缠到量子力学

2022年诺贝尔物理学奖

今年的物理学奖颁向量子纠缠的三位科学家,他们分别是阿兰·阿斯佩Alain Aspect,约翰·克劳泽John F. Clauser以及安东·塞林格Anton Zeilinger,以表彰他们用纠缠光子进行实验,证明了贝尔不等式不成立,并以此开创量子信息科学,真正推动量子力学从理论走向了应用。

什么是量子纠缠?

量子纠缠,就是在两个分隔的粒子或者多个粒子,在彼此相互作用时,由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质,无法单独描述各个粒子的性质。

处于纠缠态的两个量子不论相距多远都存在一种关联,其中一个量子状态发生改变,另一个的状态会瞬时发生相应改变。这个概念可以用一个成语“心灵感应”来解释,比如一个妈妈受伤了,儿子能感应得到,也会觉得心疼。

最早在1935年,就有人发现了这一现象,其中就包括爱因斯坦。薛定谔也发表了几篇相关论文,还定下了量子纠缠这一术语。对此,爱因斯坦称其为“鬼魅般的超距作用”,以他为代表的部分物理学家对量子纠缠持怀疑态度。“我相信上帝不掷骰子”,他表示,量子力学的标准表述不具完备性,纠缠的粒子之间存在着某种人类还没观察到的相互作用或信息传递也就是“隐变量”。

爱因斯坦出错了

20世纪60年代,物理学家约翰·贝尔提出可用来验证量子力学的“贝尔不等式”,如果贝尔不等式成立,量子力学可能被其他理论替代。

而今年三位获奖者的贡献,就是用试验有力地证明了“贝尔不等式”的错误,证明“隐变量”的不存在。

什么是量子力学?

量子力学(Quantum Mechanics),为物理学理论,是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支,主要研究原子、分子、凝聚态物质,以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。它与相对论一起构成现代物理学的理论基础。

19世纪末,人们发现旧有的经典理论无法解释微观系统,于是经由物理学家的努力,在20世纪初创立量子力学,解释了这些现象。量子力学从根本上改变人类对物质结构及其相互作用的理解。除了广义相对论描写的引力以外,迄今所有基本相互作用均可以在量子力学的框架内描述(量子场论)。

发现的意义

它不但推动了量子力学的理论与应用的发展,还证明了灵魂的存在。人类对肉眼看得见的物质世界,之前的科学研究已经到达了相当透彻的层面,但是对于肉眼看不见的灵魂世界,才刚刚开始。

人的魂是我们的情感、思想和意志;而灵则是在我们的直觉、交往和良心。灵魂就是传说中的不可分割的量子,独立而恒在的个体,肉眼虽然看不见却实际存在,决定着人的生命质量和生活状态。

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