21世界物理最前沿的理论莫过于量子力学了,而最难理解的就是粒子纠缠。虽然说现在现在制造纠缠的量子已经不算什么新闻了,我国都已经实现上千公里的量子纠缠。可是最神秘最难理解的是,量子纠缠的速度和通信机制。

对于量子力学,网上议论纷纷,特别是各种自媒体,可是吹嘘得神奇无比、诡异不已,其实量子纠缠最神秘和难理解主要在如下三个方面:

第一、量子叠加态,所谓叠加态就是把不同的状态叠加一起,包括在宏观世界相互矛盾的状态。比如说,一个粒子在不观测它前,它的状态是无法确定的,它既处于向左旋转,又同时向右旋转的状态。这在宏观世界中是不可思议,违反常识的,但是在微观世界确实存在的,用薛定谔薛大爷的话就是“一只既活又死的猫”。

第二、量子状态的确定,这个在历史上一直争议不断。两个纠缠状态的粒子,它们各自的状态是什么时候被确定的?一个观点就认为在它们产生的时候就已经确定,这是爱因斯坦一方的观点,就像一双鞋子一样,一个是右脚,另一个就肯定是左脚。

另一个观点认为只有在观测它们的时候,造成波函数坍缩时候才确定的,这是以波尔为首的哥本哈根学派的观点。没观测它前,它就处于叠加状态,或者说没确定的状态,只有观测它才会有确定状态。(爱因斯坦在EPR佯缪中认为观测不能干涉粒子,而波尔认为观测设备与粒子应该是一个整体,粒子的状态由观测确定)

两个观点谁也不能说服谁,但是目前为止所有的实验结果都支持波尔方的观点,当前判断的方法就是严验证贝尔不等式。

第三、量子的通信机制,两个纠缠的粒子,分别向相反的两个方向飞去。当我们观测某一个粒子的时候,另一个粒子无论相隔多远,都会“心有灵犀”般瞬间做出相应改变,也就是有超距离的作用。

这里就产生了问题,那就是两个纠缠的粒子它们之间存在通信吗?如果不存在通信,一个粒子怎么知道另一个粒子的状态被确定?如果存在通信,那么它们是什么机制,通信的速度又是多少呢?到目前为止,并没有发现它们之间的任何通信方式。

当然,对于上面第一个和第二个点,暂时不是我们讨论的重点,我们重点探讨的是第三点。两个纠缠的,我们不观察它们的时候,它们的状态都是随机不确定的,一旦我们对其中一个实施观察,那么另一个也就瞬间确定状态,而且这个过程是不可逆的,也不能二次实施。问题就来了,我们观测一颗粒子,另一颗粒子是怎么得知也做出相应变化的呢?遗憾的是,这还是一个谜,因为我们什么都没有发现,好像他们真的是自发知道的,而且这种情况只存在于量子系统之间。

即使是“心灵感应”,那么也是存在传输时间的吧,虽然我们现在无法在很远的地方进行纠缠,但是在1200公里实验的情况下,却没有发现两颗粒子变化存在时间差。或许目前我们的仪器存在精度不足,但是如果通信的速度是光速,当前的仪器已经足够测量出0.004秒的延迟的,可惜没有。这意味着,即使它们之间真存在某种通信,那么速度肯定是超过光速的!

但是目前的物理知识告诉我们,宇宙中最高的速度是光速,量子之间“通信”这样不就违背了目前的物理认知吗?其实即使存在纠缠通信,也没有违反当前的物理定律的。不能超过光速的前提是不携带信息,没有质量的东西。而量子纠缠的通信目前我们根本就不能测量得到,也不能用它来进行任何信息传递,它们的变化是恒定,仅是状态确定的传递。所以所谓的量子“通信”,我们目前不认为它是存在,那只是一种无法理解的纠缠态。

理论上量子纠缠的距离是无穷远的,但是目前没有办法证明,目前最远的纠缠距离是我国进行的1200公里的实验。潘建伟团队目前最希望的就是可以在未来在月球上进行量子纠缠的实验,这样距离就可以达到30多万公里!

当然,科学是一个不断突破的过程,量子力学也在不断的完备中,终会有一天,更多隐藏的秘密会被人类发现,并会被我们所利用!