量子力学的巨大缺陷

没人能懂量子力学

“我想我可以肯定地说没有人了解量子力学。”

这是理查德·费曼经常挂在嘴边的一句话。

事实上这句话他说得并不无道理，作为20世纪最著名的物理学家之一，同时还是20世纪最受欢迎的科学家之一。

费曼对物理学的了解以及对量子力学的探索都让他对这个世界进一步加深了自己看法，不过就他本人来讲，放松并享受自然才是真正的乐趣所在。

费曼对知识的那种纯粹的视野给物理界乃至社会阶层都带来了很大的影响。

对事物的理解要足够透彻，要有非常深刻的想法。

他认为，如果不能相当简单的解释某件事，那么就没有真正的理解它。

知其然，更要知其所以然，这是费曼一概贯之的精神。

费曼的成名于1965年获得诺贝尔奖开始，最开始是康奈尔大学，再是加州理工学院。

费曼从液态氦的超流体转向了他最有价值的贡献，量子电动力学。

而他的著名论文《量子力学中的最小作用原理》也给人们带去了新视野。

格莱克指出，量子力学和狭义相对论并存，即使在量子物理学发展的几十年后，费曼也仍然能够提出一种新的解释，即路径极分公式。

该公式考了粒子在两点之间的所有可能轨迹。

此外，他还发明了以他名字命名的“费曼图”。这种以图形的方式表示了粒子的行为，正是他的研究让人们可以直观地观察到正电子是如何像电子一样在时间上倒退的。

可以说，现代物理学在粒子研究和量子物理这块的构建，费曼也有一部分功劳。

费曼在过去能有这样的成就，与他小时候跟父亲的交流有关。

费曼的父亲鼓励他提出各种问题来挑战传统思维，但同时也会为费曼进行解答，让他获取新的知识。

父亲对知识的传授非常细腻，这让费曼明白了要了解一件事物必须清楚地明白它的作用原理。

后来这份精神也确实贯策到了他的求学生涯中，并且在他还是孩子的时候便表现出非常高的工程天赋。

这也影响了他后来对专业的选择，修理无线电、拆解电子物品，了解原理和过程……

这为他后来早期的理论物理研究打下了一定基础，从这一时期开始，费曼便已经掌握从理论上分析问题，并得到解决方案的能力。

量子理论

现代物理进入量子时代后，量子理论不能很好地处理引力这一问题成为让大多数科学家头疼的问题。

量子力学是将离散粒子构建为科学家确定测量之前的存在概率状态。

除了量子力学，广义相对论也为引力提供了一个可靠的理论模型和参考，并且能够让科学家准确地预测大型物体的运动。

尽管这两个理论各自都能在宇宙描述方面有着不错的表述，但是只要将这两个理论结合到一起，事情就会变得很难办。

要想研究在原子尺度上的重力是一件非常棘手的事情，简单来讲，与自然界中的其他基本力相比，引力相互作用表现出来的弱点一个巨大的问题。

最简单的一个例子，即使是两个电子之间的经典力也超过了两公斤质量，两者之间的引力差了几个数量级的引力。

1957年，费曼设想了一个实验，以便在两者之间找到一个联系点。

他想象一个小质量物体存在于两个地方之间的概率或叠加，将其放在引力场中，质量应该会与引力的量子特性联系起来。

这则是后来人们经常所说的纠缠现象，干扰本身会导致质量采取单一的、特定的位置或形式。

这将在质量从场中分离出来之前发生，所以通过这种方法来测量，可以检测到量子引力。

不过量子纠缠非常的“邪门”，两个粒子中的一个粒子运动改变会迅速影响到另一个地方的，如果通过观察就能得到两个粒子的变化结果。

但是不去观察粒子本身，结果什么也不会出现，但是不观察就得不到数据，而观察到的数据并不是真实可靠的。

尽管科学家在过去进行过无漏洞版的贝尔测试，其中纠缠的两个粒子分别做测量的时间间隔。

即使比光传播于两个测量位置所需的时间间隔还要短暂时，这种现象仍然会发生。

也就是说，量子纠缠的作用速度比光速还快，科学家的实验显示，量子纠缠的作用速度至少比光速快10000倍。

而这仅仅只是量子纠缠的速度基本表现，因为根据相关理论来看，测量时的效应还具备瞬时性。

也就是说，当我们测量两个处于纠缠状态的粒子时，一个改变，另一个会瞬间发生改变。

不过需要明白的是，这种效应不能用作超光速传输经典信息，换句话说它们并不具备有效信息，因此也并不违反因果律。

粒子的纠缠

可是为什么量子纠缠会在现代物理学中无解呢?

由于费曼提出的实验中没有直接测量纠缠，它不会提供量子引力的直接证据。

科学家表示，通过量化两个质量并将它们纠缠在一起，就可以直接检测到量子引力，每个质量都将叠加并发生纠缠。

正如爱因斯坦、罗森等人发现的那样，纠缠的出现几乎是瞬时的，一旦我们了解了一种量子态，便会自动知道任何纠缠粒子的量子态。

原则上来讲，我们可以将两个纠缠的粒子放在银河系两端。

正如前面提到，我们可以在一瞬间就能通过其中一个粒子的状态了解到另一个。

就像是从鞋盒里面拿出右脚的鞋子，那么我们很自然地就能明白，剩下的那只鞋一定是左脚。

但是两个相距甚远的粒子为何能够表现出如此诡异的状态呢?

且不说我们能够瞬间了解它们，它们的运作似乎也违背了光速的极限。

这正是今天科学家所疑惑的地方，这也被称为EPR悖论。

爱因斯坦将其称为远距离的幽灵行动，它用这个悖论作为量子理论不完整的一个依据。

但事实证明，纠缠状态的粒子确实会相互影响，无论距离如何，量子力学至今未能得到验证。

尽管纠缠系统不保持局部性原理，但它并没有违背因果律，这意味着结果总是有原因的。

远处的粒子观察者不知道本地观察者是否扰乱了这个纠缠系统，反之亦然，他们必须以不超过光速的速度相互交换信息才能确认。

换句话说，光速的限制仍然适用于量子纠缠中，这也是一开始文中所强调的。

有很多种方法可以纠缠粒子，一种方法是冷却粒子并将它们放得足够近，这样便能使它们出现重叠，进而代表位置的不确定性，由此无法区分一个粒子和另一个粒子。

另外还有一种可能通过亚原子产生的过程，例如核衰变，这会自动产生纠缠粒子。

根据NASA的说法，它也可以通过分裂单个光子并在这一过程中产生一对光子。

如果说量子纠缠未来的应用，或许当下最热门的便是量子通信技术。

量子纠缠能够应用到信息加密中，在这种情况下，发送者和接收者会建立一个安全的通信链路，其中包括一对纠缠粒子。

发送者可以和接收者使用纠缠粒子生成的密匙进行信息读取，一旦有其他“观察者”出现在其中，纠缠就会立刻终端，因为测量纠缠粒子会改变其中的状态。

传递这样一条微小的信息还有很多工作要准备，随着未来人们对量子力学的进一步探讨和发现，或许这个谜题会成功解开。

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