#量子纠缠#看到广场在提平行世界和薛定谔的猫,平行世界我是真不知道有啥关系[融化]然后关于薛定谔的猫,知乎这个大佬解释挺通俗易懂的。至于量子纠缠,转B站评论区,量子纠缠不能用来传递信息,就好比有两个一模一样的箱子,一个里面写有a字条,另一个是b,每人随机拿一个箱子,然后把两人距离扩大到一光年,这两个箱子就是产生纠缠的两个粒子,同时处于a和b的叠加态,你一旦打开箱子就会立刻知道一光年外的箱子是什么,然而并不能传递任何信息。
光走完一光年的距离真的需要一年吗?对于光来讲,其实就是一瞬间
“光年”虽然有一个“年”字,但它却是长度单位,根据定义,以真空中的光速(299792458米/秒)直线前进一年的距离就是一光年(注:这里的年是指儒略年,即31557600秒),也就是9460730472580800米。
光走完一光年的距离需要多少时间?
光的传播速度其实并不是固定的,例如当光在水中传播时,其速度约为真空光速的四分之三,而当光在玻璃中传播时,其速度更是只有真空光速的大约三分之二,总的来讲,光在真空中的传播速度是最快的,
因此我们可以认为,在理想状态下(即在真空中传播),光走完一光年的距离需要一年的时间。在经典物理体系中,这无疑是唯一的正确答案,然而自从爱因斯坦提出相对论之后,情况就变得不一样了。
光走完一光年的距离真的需要一年吗?
爱因斯坦在相对论中指出,时间并非我们想象中的那样一成不变,它会因为物体的运动速度而改变,具体来讲就是一个物体的运动速度越快,它经历的时间就越短,这被称为“钟慢效应”。
上图为描述“钟慢效应”的公式,其中△T、△t、v、c分别指运动物体经历的时间、静止参考系经历的时间、运动物体的速度以及真空中的光速。
据此我们可以计算出,当一个物体的运动速度达到真空中的光速之时,它经历的时间就为零,意思就是说,在这种情况下,无论静止参考系经历了多少时间,该物体经历的时间都为零。
根据以上所述,我们先假设光一直在真空中传播,然后就可以推测出:对于静止参考系来讲,光走完一光年的距离确实是需要一年的时间,但对于光来讲,其实只是一瞬间(因为光经历的时间为零)。需要指出的是,尽管“钟慢效应”让人感到难以接受,但在过去的日子里,这种现象却得到了科学家的证实。
在1971年的时候,物理学家乔.哈夫勒(Joe.Hafele) 与理查德.基廷(Richard.Keating)精心设计了一个“原子钟飞行实验”,在实验中,他们将精度极高的铯原子钟放到两架飞机里,然后让飞机在赤道附近做环球飞行,一架向东、一架向西,在飞行完成之后,再将飞机上的铯原子钟上记录的时间与留在地面上的铯原子钟进行比较。
实验结果表明,飞机上的铯原子钟与地面上的铯原子钟所记录的时间确实出现了微小的差异,这与根据相对论计算出的理论值基本相符。在此之后,“原子钟飞行实验”又被多次重复,实验结果也同样如此。
除此之外,一种被称为“μ-介子”的微观粒子也表明了“钟慢效应”确实存在,“μ-介子”极不稳定,其半衰期仅为2.22微秒,它们可以在实验室中制造,也可以在宇宙射线与地球大气层相互作用时生成。
科学家发现,与在实验室中的处于低速状态的“μ-介子”相比,那些由宇宙射线生成的“μ-介子”的半衰期要高出大约5倍,为什么会这样呢?这是因为那些由宇宙射线生成的“μ-介子”的运动速度高达0.98倍光速,并因此产生了非常明显的“钟慢效应”。
由此可见,“钟慢效应”是客观存在的,这就意味着,假如我们乘坐一艘以光速飞行的宇宙飞船离开地球,就能够像光一样在一瞬间走完一光年的距离,当然了,这只是对于坐在飞船中的我们来讲,而在地球上的其他人看来,我们依然需要一年的时间。
值得一提的是,就算不能制造出光速飞船(在相对论体系中,任何具有静止质量的物体都无法被加速到光速),未来的人类仍然可以利用“钟慢效应”来大幅降低星际航行时所需要的时间。
如上图所示,在物体的运动速度不断接近光速的时候,由“钟慢效应”造成的“时间缩短倍数”会迅速增加,对于运动的物体来讲,当它的速度达到0.8倍光速时,其走完一光年的距离大约需要0.6年的时间,而当它的速度达到0.99999999999999倍光速时,其走完一光年的距离就仅需大约4.6秒。
“光年”虽然有一个“年”字,但它却是长度单位,根据定义,以真空中的光速(299792458米/秒)直线前进一年的距离就是一光年(注:这里的年是指儒略年,即31557600秒),也就是9460730472580800米。
光走完一光年的距离需要多少时间?
光的传播速度其实并不是固定的,例如当光在水中传播时,其速度约为真空光速的四分之三,而当光在玻璃中传播时,其速度更是只有真空光速的大约三分之二,总的来讲,光在真空中的传播速度是最快的,
因此我们可以认为,在理想状态下(即在真空中传播),光走完一光年的距离需要一年的时间。在经典物理体系中,这无疑是唯一的正确答案,然而自从爱因斯坦提出相对论之后,情况就变得不一样了。
光走完一光年的距离真的需要一年吗?
爱因斯坦在相对论中指出,时间并非我们想象中的那样一成不变,它会因为物体的运动速度而改变,具体来讲就是一个物体的运动速度越快,它经历的时间就越短,这被称为“钟慢效应”。
上图为描述“钟慢效应”的公式,其中△T、△t、v、c分别指运动物体经历的时间、静止参考系经历的时间、运动物体的速度以及真空中的光速。
据此我们可以计算出,当一个物体的运动速度达到真空中的光速之时,它经历的时间就为零,意思就是说,在这种情况下,无论静止参考系经历了多少时间,该物体经历的时间都为零。
根据以上所述,我们先假设光一直在真空中传播,然后就可以推测出:对于静止参考系来讲,光走完一光年的距离确实是需要一年的时间,但对于光来讲,其实只是一瞬间(因为光经历的时间为零)。需要指出的是,尽管“钟慢效应”让人感到难以接受,但在过去的日子里,这种现象却得到了科学家的证实。
在1971年的时候,物理学家乔.哈夫勒(Joe.Hafele) 与理查德.基廷(Richard.Keating)精心设计了一个“原子钟飞行实验”,在实验中,他们将精度极高的铯原子钟放到两架飞机里,然后让飞机在赤道附近做环球飞行,一架向东、一架向西,在飞行完成之后,再将飞机上的铯原子钟上记录的时间与留在地面上的铯原子钟进行比较。
实验结果表明,飞机上的铯原子钟与地面上的铯原子钟所记录的时间确实出现了微小的差异,这与根据相对论计算出的理论值基本相符。在此之后,“原子钟飞行实验”又被多次重复,实验结果也同样如此。
除此之外,一种被称为“μ-介子”的微观粒子也表明了“钟慢效应”确实存在,“μ-介子”极不稳定,其半衰期仅为2.22微秒,它们可以在实验室中制造,也可以在宇宙射线与地球大气层相互作用时生成。
科学家发现,与在实验室中的处于低速状态的“μ-介子”相比,那些由宇宙射线生成的“μ-介子”的半衰期要高出大约5倍,为什么会这样呢?这是因为那些由宇宙射线生成的“μ-介子”的运动速度高达0.98倍光速,并因此产生了非常明显的“钟慢效应”。
由此可见,“钟慢效应”是客观存在的,这就意味着,假如我们乘坐一艘以光速飞行的宇宙飞船离开地球,就能够像光一样在一瞬间走完一光年的距离,当然了,这只是对于坐在飞船中的我们来讲,而在地球上的其他人看来,我们依然需要一年的时间。
值得一提的是,就算不能制造出光速飞船(在相对论体系中,任何具有静止质量的物体都无法被加速到光速),未来的人类仍然可以利用“钟慢效应”来大幅降低星际航行时所需要的时间。
如上图所示,在物体的运动速度不断接近光速的时候,由“钟慢效应”造成的“时间缩短倍数”会迅速增加,对于运动的物体来讲,当它的速度达到0.8倍光速时,其走完一光年的距离大约需要0.6年的时间,而当它的速度达到0.99999999999999倍光速时,其走完一光年的距离就仅需大约4.6秒。
第八八五天,爱因斯坦发布了一篇著名的论文:《物理实在的量子力学描述能否被认为是完备的?》,在这篇论文中针对量子力学中的“量子纠缠”现象进行了描述,并且尝试用思想实验来向世人展示量子力学的不完备性和反直觉特征,在这篇论文中首次提到了关于“量子纠缠”这个物理学现象的内容,但是当时的量子纠缠在物理学界还没有一个公认的名称。
薛定谔在看到爱因斯坦的这篇论文后,对爱因斯坦表达量子力学“不完备”的观点表示肯定,同时对量子纠缠这个神奇的现象感到很感兴趣,在和爱因斯坦的书信讨论中提到了“Verschrnkung”这个词,薛定谔本人翻译为“纠缠”,量子纠缠这个现象就这样在两个人的书信讨论中被命名了。
薛定谔在后续的研究中发现,量子纠缠并不只是一个有趣的现象这么简单,而是量子力学一个重要的特征,同时量子纠缠这个特殊的现象,让量子力学和经典力学完全无法混为一谈,因为在经典力学中完全没有和量子纠缠类似的现象,甚至用现有的物理学理论也无法解释量子纠缠。
最让人感到疑惑的是,科学家用了数个世纪来证明“超距离作用”不存在,可是量子纠缠就是一个不折不扣的“超距离作用”,并且还违反了相对论中对信息传递的最快速是光速这个限制,虽然量子纠缠不会传递信息,但是两个量子之间的作用是在瞬间完成的,超越了距离和速度的限制,让人对光速这个宇宙最快的速度感到了疑惑。
量子纠缠是一个颠覆常识的现象,简单描述一下量子纠缠的特征,两个暂时耦合的粒子在分开后,仍然需要被视为一个整体,不论这两个粒子之间距离多远,改变一个粒子后,另外一个粒子的状态就会在“瞬间”发生变化,就算两个粒子相隔一光年,也是在瞬间发生变化,所以量子纠缠才会被称为“超距离作用”!
如果在我们的日常时间中,量子纠缠现象就等于你把一块木头切成两半,一块放到南极,一块放到北极,它们之间仍然存在联系一样。显然,在宏观世界中完全不可能发生类似的事情,这就是为什么量子纠缠让人疑惑的原因。
爱因斯坦本人对量子纠缠这个现象并不满意,他并不是不接受量子力学的理论,而是认为量子力学的理论“不完备”,爱因斯坦认为宇宙中应该存在着没有被人类发现的更深层次物理规律,他仍然坚信宇宙中不存在超距离作用,人类只是目前找不到一个合理解释量子纠缠的理论。
科学家拍摄到的“量子纠缠”照片,还有量子纠缠和人类第一张黑洞照片的对比。爱因斯坦称呼量子纠缠为“鬼魅”一样的超距离作用,但是现在的人类利用科技拍摄到了两个短暂处于纠缠状态的量子,证明了量子纠缠的客观存在。让爱因斯坦和薛定谔都无法接受的是,量子纠缠不能用经典力学来解释,如果和量子纠缠类似的现象发生在宏观世界,或许真的可以用“鬼魅”来形容了。
那么,第一张量子纠缠的照片有什么意义呢?
从重要性上来说,量子纠缠和宇宙黑洞两者可能不相上下,一种是宏观宇宙中的致密天体,一种是微观量子世界中的常见现象,都和我们的日常生活没有什么关系,却对人类物理学的发展有着重大的影响。
爱因斯坦一直想用思想实验来向世人揭示量子力学的不完备性,但是他却一直找不到解决办法,就算爱因斯坦用了大量的时间去寻找所谓的“万物理论”,也一直没有任何收获。这就造成了大家都知道目前的量子力学和相对论不完善,仍然需要用这两个理论来处理一些现实问题。
虽然科学家现在无法完美解释量子纠缠,但是这并不妨碍科学家利用量子纠缠来实现一些特殊的技术,比如“量子通信”和“量子计算机”,就是用量子纠缠现象实现的高科技技术。
而这张量子纠缠的照片,代表人类在技术和理论上缩短了微观和宏观世界之间的距离,这个只发生在微观世界的现象同样可以被宏观世界的设备观测到,让我们距离解决量子纠缠难题更近了一步。
薛定谔在看到爱因斯坦的这篇论文后,对爱因斯坦表达量子力学“不完备”的观点表示肯定,同时对量子纠缠这个神奇的现象感到很感兴趣,在和爱因斯坦的书信讨论中提到了“Verschrnkung”这个词,薛定谔本人翻译为“纠缠”,量子纠缠这个现象就这样在两个人的书信讨论中被命名了。
薛定谔在后续的研究中发现,量子纠缠并不只是一个有趣的现象这么简单,而是量子力学一个重要的特征,同时量子纠缠这个特殊的现象,让量子力学和经典力学完全无法混为一谈,因为在经典力学中完全没有和量子纠缠类似的现象,甚至用现有的物理学理论也无法解释量子纠缠。
最让人感到疑惑的是,科学家用了数个世纪来证明“超距离作用”不存在,可是量子纠缠就是一个不折不扣的“超距离作用”,并且还违反了相对论中对信息传递的最快速是光速这个限制,虽然量子纠缠不会传递信息,但是两个量子之间的作用是在瞬间完成的,超越了距离和速度的限制,让人对光速这个宇宙最快的速度感到了疑惑。
量子纠缠是一个颠覆常识的现象,简单描述一下量子纠缠的特征,两个暂时耦合的粒子在分开后,仍然需要被视为一个整体,不论这两个粒子之间距离多远,改变一个粒子后,另外一个粒子的状态就会在“瞬间”发生变化,就算两个粒子相隔一光年,也是在瞬间发生变化,所以量子纠缠才会被称为“超距离作用”!
如果在我们的日常时间中,量子纠缠现象就等于你把一块木头切成两半,一块放到南极,一块放到北极,它们之间仍然存在联系一样。显然,在宏观世界中完全不可能发生类似的事情,这就是为什么量子纠缠让人疑惑的原因。
爱因斯坦本人对量子纠缠这个现象并不满意,他并不是不接受量子力学的理论,而是认为量子力学的理论“不完备”,爱因斯坦认为宇宙中应该存在着没有被人类发现的更深层次物理规律,他仍然坚信宇宙中不存在超距离作用,人类只是目前找不到一个合理解释量子纠缠的理论。
科学家拍摄到的“量子纠缠”照片,还有量子纠缠和人类第一张黑洞照片的对比。爱因斯坦称呼量子纠缠为“鬼魅”一样的超距离作用,但是现在的人类利用科技拍摄到了两个短暂处于纠缠状态的量子,证明了量子纠缠的客观存在。让爱因斯坦和薛定谔都无法接受的是,量子纠缠不能用经典力学来解释,如果和量子纠缠类似的现象发生在宏观世界,或许真的可以用“鬼魅”来形容了。
那么,第一张量子纠缠的照片有什么意义呢?
从重要性上来说,量子纠缠和宇宙黑洞两者可能不相上下,一种是宏观宇宙中的致密天体,一种是微观量子世界中的常见现象,都和我们的日常生活没有什么关系,却对人类物理学的发展有着重大的影响。
爱因斯坦一直想用思想实验来向世人揭示量子力学的不完备性,但是他却一直找不到解决办法,就算爱因斯坦用了大量的时间去寻找所谓的“万物理论”,也一直没有任何收获。这就造成了大家都知道目前的量子力学和相对论不完善,仍然需要用这两个理论来处理一些现实问题。
虽然科学家现在无法完美解释量子纠缠,但是这并不妨碍科学家利用量子纠缠来实现一些特殊的技术,比如“量子通信”和“量子计算机”,就是用量子纠缠现象实现的高科技技术。
而这张量子纠缠的照片,代表人类在技术和理论上缩短了微观和宏观世界之间的距离,这个只发生在微观世界的现象同样可以被宏观世界的设备观测到,让我们距离解决量子纠缠难题更近了一步。
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