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几个粒子在彼此相互作用后,其拥有的特性就会综合成为整体性质,所以无法单独描述各个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,这种现象被称为“量子纠缠”
。
这些粒子的运动属性都能够在量子力学的波函数中体现。
例如:一个由双粒子构成的量子系统,其自旋数(如果不能理解这个概念,你可以想象成一个自转运行系统,但是二者之间并不完全一样)很有可能为0。
也就是说,这种情况下,这两个粒子其中一个自旋为12的话,另一个自旋则为-12。
加起来,这个系统的自旋为0。
这个现象有趣的点在于:当我们将这两个微粒的其中一个留在地球上,而把另一个放到仙女座星系当中,如果我们测出一个粒子的自旋(如12),那么另一个粒子的自旋一定为它的相反数,这样才能够确保这两个粒子的综合自旋保持为0。
这和硬币的两面是一样的,当你投掷一枚硬币,如果朝上的一面是花,那么朝下的一面就一定是国徽。
上述说法好像略显复杂。
简单说来,就是我们在地球上操作一个物体,在千里之外的另一个星系中,另一个和这个物体关联的东西会有同样的变化。
假设,你现在在地球上,你的最好的朋友在另一个星系。
然后,在地球上,有人刺了你一刀,你血流不止……那么,你的朋友在250万光年之外也会产生疼痛感。
这非常难以置信,但是在次原子的世界中,在量子力学的规则之中,这个现象是真实存在的。
这也就是为什么有人把“量子纠缠”
形容为“恋爱的粒子”
。
当次原子粒子的这种强关联特性被发现时,在物理界引起了一些争议,因为这种强关联属性违背了爱因斯坦狭义相对论中的一大基本假设:光速是宇宙中的极限速度,没有任何信息可以超光速传递。
然而,在量子纠缠中,一个粒子的自旋信息可以在瞬时被250万光年之外的另一个粒子接受,显然其传递的速度远远大于光速。
爱因斯坦把这个现象称作“鬼魅的超距作用”
,并且坚持认为量子理论并不完善,还有瑕疵,量子理论应该像牛顿力学一样接近真理,但目前还不是真理,它背后必然还隐藏着一套真正正确的理论。
1935年,爱因斯坦和他的同事波多尔斯基、罗森为论证量子力学的不完备性而提出了一个EPR悖论(EPR是这三位物理学家姓氏的首字母缩写)。
他们认为:如果这种量子纠缠真实存在,那么量子力学理论还缺乏一套完备性判据。
对于量子纠缠和量子力学的争论一直持续到1964年,北爱尔兰著名物理学家约翰·S.贝尔(发明了著名的贝尔不等式)提出了一个绝妙的数学定理,该定理可以证明量子纠缠是有可能真实存在的,并且同样证明了科学理论不一定要和人类理解的现实一致。
同时,贝尔的实验结果也否认了爱因斯坦之前提出的问题。
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