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解读量子纠缠,它的本质到底是什么?

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首先,何为量子纠缠?

物理学上是这样定义的,当两个或多个粒子彼此相互作用之后,单个粒子具有的性质综合为整体属性,这时候就无法单独描述单个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,这种现象就是量子纠缠。

由于量子纠缠描述的是整体性质,所以纠缠中粒子的状态发生改变,其他粒子也会瞬间发生改变,这种诡异现象被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”,看起来好像两个粒子可以瞬间感应到彼此,速度远超光速。

不过量子纠缠并没有违反爱因斯坦相对论中的光速限制,因为纠缠中的粒子感应到彼此,并没有传递任何信息。

问题来了,量子纠缠到底是如何发生的呢?为什么会有量子纠缠现象呢?

首先,我们需要明白什么是量子,它并不是某种粒子,而是具有量子现象的微观粒子的统称。何为“量子现象”?通俗理解,普朗克常数能发挥作用的现象就是量子现象。如果一个物理量存在最小的不可再分的基本单位,我们就称这个物理量是可量子化的,最小单位就被称为量子。

所有的微观粒子都具有波粒二象性,可以通俗理解为它们既是粒子又是波,但更本质来讲,微观粒子其实是波,而微观粒子表现出来的粒子性其实就是“波包”,也可以理解为“能量包”。

这就意味着,所谓的微观粒子其实不是“粒子”,不能看做质点,微观粒子的状态只能用波函数来描述,而波函数是可以叠加态。一旦两个粒子形成叠加态的时候,就无法区分单个粒子的状态。

而量子纠缠其实就是形成叠加态的两个粒子的状态。

刚才说了,我们只能用波函数描述微观粒子的状态,而波函数的覆盖范围是很广的,理论上可以覆盖到宇宙的每个角落,这也是为什么我们会说微观粒子无处不在,可以随机出现在每个地方。

这也是为什么纠缠中的粒子无论相距多远,都可以瞬间感应到彼此,因为它们之间波函数叠加之后的叠加态可以延伸很远,当我们观测任何一个粒子时,叠加态就会瞬间发生坍缩,纠缠状态结束,每个粒子的状态就确定下来了,看起来就好像彼此之间有“心灵感应”一样。

很多人不愿意接受量子纠缠的诡异特性,除了量子纠缠确实违背了我们的日常生活认知之外,还有几个原因。

第一,量子纠缠这个名字容易让人产生误解,“纠缠”两字给人的感觉好像粒子有意识一样,能感应到彼此存在,其实并不是这样的。

第二,还有一部分人属于量子力学领域的“小白”,对量子力学几乎没有任何了解,完全在用宏观世界的思维方式衡量量子世界,当然会对诡异的量子纠缠现象嗤之以鼻了。

实际上,量子纠缠现象确实存在,而且早就应用在商业领域了。

第三,科普工作做得不够好。科学是非常严谨的,很多时候需要复杂的数学公式才能准确表述出来。但科普工作的首要目的并不是严谨,而是通俗,毕竟大家都不是专业的科学人士,所以科普的重要是在通俗的基础上尽量做到严谨。

但这就像“鱼和熊掌不可兼得”一样,通俗通常会意味着不太严谨,但对于普通吃瓜群众来讲,用通俗的方式进行科普已经足够了。

就像今天这篇科普文来讲,没有任何复杂的公式,尽量用通俗的语言来描述量子纠缠,所以某些地方肯定会不太严谨,但对于量子纠缠的科普推广来讲,应该是可以了。

总结就是,量子纠缠与意识没有任何关系,量子纠缠的本质是波函数的叠加态。

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