尽管量子力学自诞生以来已逾一世纪,其颠覆性的理论却令许多人至今难以接受和理解量子领域的奇异现象。
然而,无可争辩的是,量子力学已悄无声息地渗透到我们生活的方方面面,众多现代高科技领域都得益于它的发展,比如电子芯片、计算机技术、通讯技术等,它们的进步离不开量子力学所带来的革命性影响。
那么,量子力学到底诡异在哪里?
我们先回顾一下熟悉的牛顿经典力学。经典力学关注的是宏观世界的运动规律,它构成了我们在初高中物理课程中的主要学习内容。牛顿经典力学与我们的日常经验高度契合,它解释了为什么我们能稳稳地站在地球上,也说明了火箭为何能突破地心引力飞向天空,因此易于被人们所接受。
然而,量子力学则完全不同,它所描述的是我们肉眼难以直接观察的微观世界。更令人惊奇的是,量子力学的核心——“不确定性原理”指出,量子世界的一切本质是不确定的,只能用概率波来描述,一切都似乎是随心所欲的。在量子的世界里,你或许可以同时存在于两个不同的地方,你的出现位置是不可预测的,我只能用概率来描述你的状态。这难道不令人毛骨悚然吗?
更令人费解的还有量子纠缠现象,它彻底打破了我们对世界的传统认知。在经典世界中,爱因斯坦的狭义相对论明确指出,光速是宇宙万物速度的上限,没有任何物体或信息能超越这一极限。
但在纠缠的量子之间,信息的传递似乎能轻而易举地突破这一限制,甚至远超光速。
即便这两个纠缠的量子被分隔在相距极远的两地,它们也能即刻互相感知,宛如拥有“心灵感应”。不管是相隔一光年、一万光年还是更远的距离,情形都是如此。
当我们对纠缠中的一个量子进行测量时,另一个量子会立即坍缩到与其相反的状态。
那么,它们是如何感知对方的存在呢?
爱因斯坦对量子纠缠现象持怀疑态度,他称之为“远距离幽灵作用”。爱因斯坦联同波多尔斯基和罗森提出了著名的EPR佯谬,其核心观点是宇宙中的速度极限是光速,没有任何信息或物体的速度能够超过光速。
爱因斯坦认为,所谓的量子超光速感应并非真实存在,而是在粒子分裂成两个纠缠的粒子的那一瞬间,它们的状态就已经被确定了。我们对它们的测量,不过是揭示了它们内在固有的信息。
然而,以尼尔斯·波尔为代表的哥本哈根学派提出了不同的观点:不论是在分裂之前还是之后,纠缠的粒子始终是一个整体,我们的观测实际上改变了这些粒子在纠缠状态下的状态。
爱因斯坦的质量随速度增加的公式表明,具有静止质量的物体不能达到光速,因为随着速度的增加,质量也会增大,在接近光速的情况下,你需要无限的能量才能继续加速,而整个宇宙的能量都不足以支撑这一加速过程,这显然是不可能实现的。
与此同时,量子力学则认为,量子纠缠的状态是一种整体性质,即使粒子在分裂后仍会展示出这种整体性质,它们之间的“互动”并不涉及信息的传递,因此,并没有违反爱因斯坦关于光速极限的规定。
需要明确的是,现今所说的量子通讯技术并非利用所谓的超光速来传递信息,而是借助量子纠缠现象进行加密的技术,即所谓的“量子密钥分发”,信息传递的速度仍然是电磁波的速度,即光速。