量子糾纏超過光速10000倍,真的可以讓人類實現“瞬移”嗎?

雖然已經發展了100多年,量子力學仍舊是物理學上的前沿理論,最主要的原因在於人類完全沒有搞懂量子力學的本質和底層邏輯。

說白了,科學家們知道量子世界的詭異現象的確存在,但並不知道這些詭異現象爲什麼會存在,最根本的是,這些詭異現象好像都違背了我們的宏觀物理法則。

比如說量子糾纏現象,科學家們深入研究發現,量子糾纏的速度是極快的,甚至可以說是瞬間傳遞的,速度超過光速的10000倍。

但是在我們的宏觀世界,存在着速度限制,也就是光速限制,任何物體和信息的傳遞速度都不可能超過光速,這一點在愛因斯坦的狹義相對論裡早就提到了。那麼,爲什麼量子糾纏的速度如此之快,可以“超光速”傳遞?是不是違反了愛因斯坦的相對論呢?

首先,我們來看看什麼是量子糾纏。

物理學上是這樣定義的,當兩個或多個粒子發生相互作用後,單個粒子所擁有的屬性綜合爲整體性質,這時候就無法單獨描述單個粒子的性質,只能描述整體系統的性質,這種現象就被稱爲量子糾纏。

量子糾纏概念的提出是基於愛因斯坦等人對不確定性原理的質疑和抨擊,愛因斯坦等人對哥本哈根學派提出的不確定性原理感到非常不滿。於是1935年,愛因斯坦,波多爾斯基和羅森三人聯合發表了論文《論量子力學描述的不完備性》,其中就提到了量子糾纏。

在微觀世界裡,某些粒子發生相互作用後,就會出現糾纏現象。舉個例子,當物體發生衰變,釋放出電子和正電子,原來的一個系統就會發生分離,成爲兩個單獨的系統,也就是電子和正電子,兩者的雲頂方向是相反的,合力爲零,自旋方向相反。

在觀測之前,我們並不知道電子和正電子的自旋方向,只知道兩者的自旋方向是相反的。

根據哥本哈根學派的解釋,在我們觀測之前,電子和正電子的自旋方向其實是不確定的,注意,這裡的不確定並不是說“不知道”,而是完全不確定,說白了就是處於“疊加態”,自旋方向同時朝上和朝下的“疊加態”。

當我們想看看電子的這種“疊加態”到底是什麼狀態時,在我們觀測的一瞬間,電子就會從“同時朝上和朝下”的自旋狀態,坍縮爲“要麼朝上要麼朝下”的唯一自旋狀態。同時,正電子的自旋方向也會瞬間確定下來,並且與電子的自旋方向相反。

這其實就是我們通常所講的“觀測行爲導致波函數坍縮”。這裡有必要強調一下,波函數坍縮其實是一個假設,也可以認爲是公理。說白了,科學家們只是根據觀測結果來倒推之前的過程,並用一個假設來定義最終的結果,這個假設就是波函數坍縮。

至於觀測行爲爲何會導致“波函數坍縮”,抱歉,這個問題科學家們也是不知道的,就如同對量子力學的瞭解程度一樣,科學家們只知道觀測確實會導致波函數坍縮,因爲結果就是那樣的,但不知道爲什麼。

不過愛因斯坦等經典物理學的堅定擁護者,堅決反對哥本哈根學派的解釋,認爲世界不應該是不確定的,世界是可描述,可預測的。

愛因斯坦用兩隻手套的關係來解釋量子糾纏。假設有一副手套,分別被裝在兩個密封的盒子裡。不管這兩個盒子相距多遠,我們打開其中一個盒子,發現是左手套,那麼立刻就知道另外一個盒子裡裝的是右手套。

這兩隻手套就相當於某種“糾纏狀態”,按照愛因斯坦的解釋,手套的狀態是確定的,只是我們不知道而已,無論我們是否打開盒子去觀測,盒子裡該是左手套就是左手套,與我們的觀測無關。

而按照哥本哈根學派的解釋,盒子的到底是左手套還是右手套是不確定的,不但不確定,而且還是處於“疊加”狀態。也就是說,盒子裡的手套一直都處於“既是左手套又是右手套”的疊加狀態,在我們打開盒子觀測的一瞬間,手套就從疊加態坍縮爲唯一的確定狀態:要麼是左手套,要麼是右手套。

就好像兩隻手套串通好了一樣,能夠瞬間告訴對方:我現在坍縮爲左手套了,你感覺坍縮爲右手套!

這太違揹我們的日常生活經驗了。

別的不說,單單是兩隻手套之間的“串通”方式和過程,就足夠讓我們驚訝的了。而這種“神秘”的串通方式,也被愛因斯坦稱爲“鬼魅般的超距作用”,理論上完全超過了光速。但在愛因斯坦的相對論體系下,光速是所有物體的速度極限。這也是爲什麼愛因斯坦堅決範圍哥本哈根學派不確定性和疊加態的主要原因。

薛定諤也堅決支持愛因斯坦的觀點,認爲不確定性和疊加態是荒謬的,甚至提出了一個著名的思想實驗來質疑並諷刺哥本哈根學派,這個思想實驗就是“薛定諤的貓”,之前有過詳細講述,這裡就一帶而過了。

這裡最大的問題是,量子糾纏的速度爲何這麼快?是不是違反了相對論呢?

首先我們需要肯定的一點是,量子糾纏現象確實存在,而且早就應用在人類社會。只是愛因斯坦和波爾爲首的哥本哈根學派對量子糾纏的解釋不同罷了。

其實,嚴格來講,量子糾纏談不上速度,因爲整個過程是瞬間完成的。往深了講,量子糾纏中的兩個或多個粒子,其實還是等同於一個“粒子”。或者也可以這樣通俗理解,當兩個或多個粒子發生糾纏之後,它們就不是原來的粒子了,而是合併爲一個“大粒子”,這時候當然無法描述兩個粒子之間的關係了,只能描述整體屬性。而這一點在量子糾纏的定義中也有明確說明。

退一步講,量子糾纏的速度確實遠超了光速,但並沒有違反愛因斯坦相對論,因爲整個過程並沒有傳遞任何信息。

而平時我們聽到的量子通訊,當然不是通過量子糾纏作用進行超光速傳播信息,更多的只是爲了給信息加密,讓信息更安全,理論上無法破解。

我們都知道,現實中我們給文件信息施加的任何密碼,其實都是人工編造出來的,看似雜亂無章沒有規律,其實仍舊是有規律的。理論上只要我們用電腦進行暴力破解,無論多麼強大的密碼系統,最終都能破解。

而用量子糾纏現象給信息加密,就不可能破解了。因爲密碼本身就是完全隨機生成的,甚至在觀測之前連自己都不知道密碼是多少,怎麼可能被破解呢?

雖然不知道密碼是多少,但發送信息的人可以給接收信息者發送一串密鑰,然後把加密好的信息傳輸給接收者。實際上這就是“量子密鑰分發”,並不是超光速傳遞信息,而是給信息加密。

而且由於量子糾纏過程,任何觀測行爲都會導致“波函數坍縮”,讓糾纏過程停止。因此,如果有任何人試圖竊取信息,就必須進行觀測行爲,當然這裡的觀測並不單單指用眼睛看。而觀測就會導致量子糾纏的中止,勢必會引起信息發送者的注意:有人試圖竊取信息!

總之,量子糾纏的確遠超光速,但並不會傳遞任何信息,也不可能讓人類實現“瞬移”。

當然,某種程度上講,我們又的確可以利用量子糾纏現象實現“瞬移”,我這樣講並不是前後矛盾,只是需要首先把人體的所有信息傳遞到想要瞬移的某顆星球上,這個過程仍舊是傳統信息傳遞,還是光速傳遞。然後利用量子糾纏現象,在那顆星球上製造出與人體形成糾纏態的微觀粒子,再進行重組,就可以實現“瞬移”!

完!