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連愛因史坦都感到頭疼的量子纏結,能讓人類實作「瞬移」嗎?

2024-06-26科學

量子纏結,相信很多人都聽說過,兩個處於纏結態的微觀粒子,不管相距多遠,都能瞬間感應到彼此。這種詭異的現象連愛因史坦都無法理解,被他稱之為「鬼魅般的超距作用」。

量子纏結堪稱量子力學中最瘋狂,最荒謬,最奇怪的現象,它是從量子力學的方程式中推匯出來的。兩個或多個粒子發生交互作用之後,單個粒子擁有的內容會表現為整體內容,也就無法表現為單個粒子的內容,只能描述整體系統的內容。

處於纏結中的兩個粒子能瞬間感應到彼此,速度遠超光速,愛因史坦並不認可量子纏結的詭異行為,他認為量子力學背後一定還存在未被發現的隱變量,這個隱變量導致了量子力學的不完備,具體表現就是像量子纏結這樣看起來很詭異的現象。

但另一位物理學界大佬波爾並不贊同愛因史坦的觀點,他認為量子纏結等現象是量子世界的基本現象,本質上還是不確定性的直接體現,並不存在什麽隱變量才導致了量子纏結。

於是愛因史坦和波爾開始了長達數年的爭論,目前來看,波爾占據了上風,愛因史坦更像是錯誤的一方。

量子纏結到底有多詭異?並不在於處於纏結中的量子能瞬間感應到彼此,更在於纏結中的量子狀態必須是相反的。

比如說,電子的自旋。傳統觀念告訴我們,電子自旋方向要麽順時針,要麽向逆時針。其實不然,對於單個電子來講,它的自旋方向是不確定的,這種不確定性是電子的固有內容,準確來講處於順時針和逆時針的疊加態。

當我們想知道電子到底如此自旋的,只有透過觀測,而當我們觀測的一瞬間,電子就從自旋方向的「疊加態」塌縮為唯一狀態,也就是要麽順時針,要麽逆時針。

而如果另一個電子與這個電子處於纏結狀態,那麽另一個電子的狀態也會隨著我們的觀測立刻確定下來,並且保持與觀測的電子相反的狀態。

也就是說,如果觀測的電子自旋的方向是順時針,那麽另一個電子的自旋方向就是逆時針。

兩個電子之間沒沒有傳遞任何資訊,而且相距足夠遠,它們是如何感應到彼此的狀態從而發生相應改變的呢?

愛因史坦提出了自己的觀點,他認為纏結中的兩個電子就像一副手套的兩只手套。把這兩只手套放進兩個密封的箱子裏,不管這兩個箱子相距多遠,它們總保持著「一副手套」的關系,也就是處於「纏結」中。

如果開啟其中一個箱子,發現是左手套,那麽另外一個箱子不用開啟就知道是右手套了。

也就是說,兩個箱子裏的手套到底是左手套還是右手套,在當初裝進箱子裏時已經確定了,與我們的觀測無關,我們的觀測只是知道了到底是左手套還是右手套,僅此而已。

但波爾並不認同愛因史坦的觀點,他堅持認為是人類的觀測造成了電子的不同狀態。那麽愛因史坦和波爾到底誰對誰錯呢?

事實上這個問題已經不僅僅是科學問題,也涉及到了哲學問題。因為不觀測我們就不知道電子的狀態,而一旦實施了觀測我們就無法保證觀測會影響到電子的狀態。

就像愛因史坦質問波爾「不看月亮時,它就不存在嗎?」波爾給出的回答是「你不看月亮,怎麽知道它就在那裏呢?」波爾的回答看起來就是在詭辯,但從哲學上來講,你無法反駁!

20世紀60年代,貝爾不等式的出現讓愛因史坦和波爾之間的辯論暫時畫上了一個句號。

貝爾不等式是一個強有力的數學不等式,在我們的現實經典世界,這個不等式嚴格成立,兩個粒子的相互關聯性受到嚴格限制。

但是到了量子世界,貝爾不等式就不是嚴格成立了,某些情況下會出現超出「定域實在性」的限制,這表明量子力學的不確定性是正確的,所謂的隱變量是不成立的。

這意味著,波爾在和愛因史坦的辯論中笑到了最後,起碼目前看來是這樣的。

那麽既然這樣,我們是否能夠利用詭異的「量子纏結」現象實作遠距離瞬間傳輸呢,比如說讓很多人夢寐以求的「瞬間移動」?

不少科幻電影裏都有類似「瞬移」的鏡頭,比如說【星際迷航】利用瞬移技術把一個人從一個時空瞬間傳送到另一個時空。

理論上確實是可行的,但難度很大。量子纏結的「超光速」現象其實並沒有傳遞任何資訊,所以我們不能指望把一個人直接傳送到遙遠的另一個地方,那是不可能的。

但可以這樣做。舉個例子,制造出兩個纏結中的光子,比如說光子A和光子B。然後把光子B透過雷射傳送到數光年外的一顆星球上。

然後再制造出第三個光子C,讓其與光子A發生交互作用,由於神奇的量子纏結作用,光子B立刻就會轉變為與光子C一模一樣的光子,就相當於復制出了光子C。

本質上就相當於提取到了光子C的資訊,然後重建光子C。就相當於光子C瞬間跨越了數光年的距離,來到一顆陌生的星球上。科學家透過這種方式也確實成功傳送了數十個光子!

既然光子可以透過量子纏結現象復制出來,那麽由基本粒子組成的人體自然也可以做到,區別實在在於難度的大小。如果未來某天真的實作了這項技術,是否意味著我們能瞬移了呢?

這已經不僅僅是科學問題了,還涉及到倫理哲學上的問題,比如說:被復制出來的你是不是真的「你」,原來的你是不是在你復制的瞬間就消失了?