按照现在人类科技的发展,我们的世界能够分为微观世界和宏观世界,微观世界一般是指空间尺度在原子、分子水平及以下的世界,通常涉及到纳米及更小的尺度范围,主要研究对象包括原子、分子、质子、中子、电子等微观粒子,微观世界遵循量子力学等特殊的物理规律,宏观世界是指我们日常生活中能够直接感知和观察到的世界,其空间尺度较大,一般在毫米及以上,包含了各种物体、生物、天体等等。宏观世界主要遵循经典力学等物理规律,物体的运动和相互作用可以用牛顿运动定律等经典理论来很好的描述,物体的位置、速度等物理量是可以精确测量和确定的,宏观世界中的物质以固态、液态、气态等形式存在,物质之间的相互作用主要表现为引力、弹力、摩擦力等。
微观世界和宏观世界的本质其实是一样的,但是很多现象在微观世界中显得非常不可思议,其中比较著名的有量子纠缠,量子纠缠这个听起来既神秘又玄妙的物理现象,最近几年内引起了很多人的关注,它不仅仅是一种量子力学中的现象,还被一些人寄予了更多的哲学和灵性上的意义,如果说量子纠缠被彻底证实,我们的灵魂真的能够永生吗?想要解开这个问题,我们需要知道什么是量子纠缠?量子纠缠来源于量子力学,量子力学是研究微观粒子运动规律的物理学分支学科,它主要描述原子和亚原子尺度的物理现象,揭示了微观世界中粒子的波粒二象性、量子叠加、量子纠缠等性质。
在19世纪末的时候,科学家们在研究黑体辐射时遇到了难题,经典物理理论无法解释黑体辐射的能量分布。1900年,普朗克为解决这一问题,提出能量量子化假说,假定黑体辐射中的能量是不连续的,只能是基本单位“能量子”的整数倍,这被视为量子力学的开端。后来到了1905年,爱因斯坦在普朗克能量子假说的基础上,提出了光量子假设,成功解释了光电效应,证明了光不仅具有波动性,还具有粒子性,进一步推动了量子概念的发展。到了1913年的时候,玻尔提出了著名的玻尔模型,为量子力学的发展奠定了基础,在1926年,薛定谔提出了波动方程,两种理论从不同角度描述了量子系统,后来被证明是等价的,标志着量子力学的诞生。
量子力学的出现打破了经典物理的确定性观念,揭示了微观世界的概率本质,迫使人们重新审视对自然界的认识,它与相对论一起构成了现代物理学的两大支柱,在微观世界中,当两个粒子纠缠在一起的时候,它们的状态会相互依赖,即使将它们分隔开来,其中一个粒子的状态变化会立即影响到另一个粒子,而且它们之间的距离不会受到影响,比如说我们将其中一个粒子放在地球上,另一个粒子放在火星上,我们知道影响地球上的粒子,那么火星上面的粒子也会受到影响,这个影响的速度是瞬间完成的,这种现象被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”,因为它似乎违反了光速不能被超越的物理理论。
在爱因斯坦的狭义相对论中,时间和空间是相互关联的,并且会因观察者的运动状态而不同,即所谓的“时空相对性”。当物体运动速度接近光速时,时间会变慢,空间会收缩。如果一个物体达到光速,从它的角度看,时间会停止,空间会收缩为零,这在物理上是难以想象和不符合实际的。从另一个角度理解,根据洛伦兹变换公式,当速度超过光速时,会出现虚数的时间和空间坐标,这在现实的时空框架中是没有意义的,所以光速成为了宇宙中速度的上限。那么为什么量子纠缠不会受到光速限制的影响?这其实是因为量子纠缠是一种纯粹的量子现象,源于量子态的叠加和相干特性,和经典物理中的相互作用有本质的区别。
处于纠缠态的两个或者多个粒子,无论它们相隔多远,当一个粒子的状态发生变化,另一个粒子的状态会瞬间发生相应变化,这种关联无法用经典的力或者信号传播来解释,不存在经典意义上的传播过程,所以不受光速的限制。而且按照量子力学的原理来看,虽然量子纠缠中的两个粒子的状态存在超距关联,但是这种关联不能用来传递信息,因为在测量之前,粒子的状态是不确定的,测量结果也是随机的,无法人为控制来编码和传输信息,信息传递速度的限制是基于因果关系和信号传播的物理规律,而量子纠缠不涉及这种有意义的信息传递,所以不违反信息传递不能超光速这一基本物理原则,也不会受到光速限制的约束。
2022年诺贝尔物理学奖授予了阿兰·阿斯佩克特,约翰·克劳泽和安东·塞林格,因为这三位科学家不仅证明了量子纠缠的存在,还展示了如何控制和利用这种现象。现在人类已经对量子纠缠实现“绝对安全”的通信秘钥分布,任何窃听行为都会破坏纠缠态,从而被检测到,中国的“墨子号”卫星和地面光纤网络已经实现千公里级的量子密钥分发实验,量子比特通过纠缠实现并进行计算,多个量子比特纠缠在一起时,能够同时处理多个计算任务,使得量子计算机在处理某个特定问题,如大数字质因数分解、复杂优化问题时,相比传统计算机有指数级别的加速。以量子纠缠为基础构建量子互联网,实现量子信息在全球范围内的高效传输,为未来的通信提供更高速、更安全的网络基础设施。
随着量子纠缠技术的不断成熟,将带动量子通信、量子计算、量子测量等相关产生的发展,形成从量子芯片制造、量子设备研发、量子应用解决方案提供商到量子技术服务运营商等完整的量子产生生态,量子纠缠技术的发展需要物理学、电子学、计算机等多个学科共同协作,同时也将促进量子技术和人工智能、大数据等其他领域的深度融合。随着量子纠缠的研究深入,有些人提出了大胆的猜测:既然量子纠缠能够让两个粒子在远距离内保持联系,那么它是否也表示着灵魂的不灭?这一观点认为,人类的意识是由大脑产生的,大脑是由微观粒子组成的。
量子纠缠的证实,也就意味着人的意识不止存在于大脑,也存在于宇宙的某一个角落,当一个人死亡时,这些纠缠的量子粒子并不会消失,而是继续存在于宇宙中,以某种方式保留下这个人的意识和灵魂,灵魂依然能够通过量子纠缠的方式在宇宙中延续,虽然这种猜测听上去非常浪漫而且还充满了希望,但是它在科学界并没有得到广泛的认可,虽然量子纠缠在微观粒子间确实存在,但是将其应用在宏观的意识和灵魂上面,还是缺少足够的科学依据,除了灵魂之外,还有的人认为,它能够影响我们的思维和意识?科学家彭罗斯和哈梅罗夫的量子微管理论打开了新的维度。
他们认为神经元内的微管通过量子叠加态实现意识涌现,这种量子相干态能够突破经典计算局限,虽然该假说受到很多的争议,但是量子生物学的最新进展显示,光合作用中的量子效应提示生命系统可能存在宏观量子现象。但是人类是不是拥有自由意识?目前还是一个未知数,在上世纪60年代的时候,科学家做了一个实验,试图揭开人类意识背后隐藏的神秘力量,科学家通过脑电图扫描仪检测参与者的脑电活动,实验结果显示,在参与者意识到要按动手指之前,大脑已经做出了指令,这一发现暗示着大脑的活动先于意识的形成,当时有很多科学家认为,这可能是潜意识导致的,直到上世纪80年代,心理学家本杰明.里贝特又进行了一项实验。
这次实验与之前的实验有相似之处,都要求参与者按动按键,但增加了一个新的环节——钟表显示器。这个显示器不是传统的钟表,而是一个红点顺时针匀速运动的模拟表盘。参与者需要盯着这个红点,然后在他们准备好时按动按键让红点停止,并记录下红点的位置。为了确保实验的精确性,利贝特在参与者的手指上连接了肌电图,并将脑电图扫描仪戴在他们的头部。这样能够精确记录下手指按下按键的准确时间点,并观察大脑在产生按键意识时的脑电波活动。通过这些记录,利贝特希望揭示大脑产生按键意识和实际按键动作之间的关系。最终的结果显示,大脑在做出按键动作之前,会提前产生脑电波。
这说明我们原本认为是自主的、由意识主导的行为,实际上是在潜意识中早已被决定的。这一现象挑战了自由意志的概念。如果大脑在我们意识之前就已经决定了我们的行为,那么我们的自主决定到底有多大作用?这个实验不仅仅揭示了人类意识的复杂性,同时也引发了很多关于自我意识和决定的深入思考。小编认为,在我们的现实生活中,存在很多人类无法解释的奥秘,虽然现在人类已经对世界有了一定的了解,但是人类想要解开世界上更多的奥秘,还需要人类不断的努力才行,人类对量子纠缠利用,目前还处于起步阶段,量子纠缠到底有神秘?现在科学家还在研究当中,人类作为地球上最有智慧的生命,只要人类能够坚持不懈的努力下去,未来随着人类科技的进步,或许人类能够解开这个奥秘,希望人类能够早日实现自己的梦想,对此,大家有什么想说的吗?