量子纠缠,是形而上学的最好证明:天外有道,不寂不灭
在古代,物理学还没有萌芽的时候,先哲们已经猜测,在万物有形之体上,有冥冥中支配它们运作的规律,而且这些规律可以和物质是分离的。
这就是所谓的形而上学。
中国古代的哲学,把它归纳为:形而之上谓之道,形而知下谓之器。
《老子》里面说:道生无,无生有,有生一,一生二,二生三,三生万物。
这个观点说明,法则是先于宇宙存在的。
》数学就可以认为是一种形而上学。
虽然数学可以和物质世界有联系,但是可以脱离对物质世界的观察,完全独立发展。
即使是纯数学的原理,万物也必须遵守。
量子纠缠首先是一个数学上的推理,既是科学史上的伟大发现,也是对形而上学的最好证明。
围绕量子纠缠的争论以及最后的验证过程,是科学史上的一个公案,期间一波三折,经历了好几个反转。
量子纠缠实际上是由一伙反对量子纠缠的人,证明了它的真实存在性,这伙人的首领就是爱因斯坦。
》关于量子纠缠的公案。
量子纠缠这个现象,是指两个远距离的量子,触动一个,另外一个的状态立刻就会发生改变。而且,这种改变会在一瞬间之间发生,不管这两个量子相距多么遥远。
看起来两个量子之间就发生了超光速的联系一样,那么这种瞬间的改变,根据潘建伟团队的测定,其速度至少在光速的10,000亿倍以上。
到底是什么在牵连着这两个微观粒子之间进行活动?
是量子之间的频率共振,还是有什么神秘的联系。
其实,这两个说法都不正确,量子纠缠是因为要遵守角动量守恒。
我们可以举一个最通俗的例子,比如说我们家里用的那个吊扇,它的电机是固定在房顶上的。
如果这个电机不固定,电扇一开,就是风扇朝一个方向转,电机朝另外一个反方向转,因为要遵守角动量守恒。
假如有这样一个吊扇,而且它的电机不固定在房顶上,把它一开,然后把电扇和电机之间连接的轴断开,这样就会得到两个朝相反方向转动的物体。
如果这个时候,我们用手捏住电机让它停转,那么问这个风扇会不会立刻停止转动呢?当然是不会的。
但是微观世界就不一样了。
微观世界的基本粒子,也有旋转的,因为这个旋转所以具有一个角动量。
这样我们可以同时制造两个向反方向旋转的量子,这两个量子的角动量之和是0。
如果把这两个量子分开,然后我们握住一个量子让它不转动,问另外一个量子会怎么样,那答案就是另外一个量子也立刻改变了,因为要遵守角动量守恒。
这就是量子纠缠。
但是,这种现象在宏观世界是不会发生的。
因为,量子的自旋和电风扇的自旋是不一样,电风扇的自旋可以在一分钟之内转任意转,但是量子的自旋只能是固定的值。
微观粒子分成费米子和玻色子两大类。
费米子就是构成我们这个世界的实体粒子,像电子、中子、质子它都属于费米子,它们的自旋是1/2的奇数倍,也就是说1/2、1又1/2这样。
光子是一种波色子,它的自旋是整数倍,也就是1、2、3这样。
在宏观世界里,守恒性是在大的系统内部表示的。
就像风扇的转动引起的向反方向的转动,是由房子、地球整个这一个宏观的系统在平衡。
但是在微观世界里面,两个自旋方向相反的量子,组成了一个孤立的系统。
最重要的是,这个孤立的系统在通常宏观操作下是不会破坏的,只会被观测所破坏。
进而得到的合理结论就是:把两个处于纠缠态的量子分离到任意远的距离,仍处在一个孤立的系统中,只有测量粒子的状态,才能够让这个系统破坏。
这个结论让人难以理解的地方在于:孤立的量子系统,即使在宏观上离开任意远的距离,仍然保持孤立状态,然而这在宏观物理学的经验中从未发生过。
这个推理,是爱因斯坦和他的另外两个同事共同发现的。
当时,认为这种现象是不可能发生的,所以把它称为EPR佯谬。
EPR是爱因斯坦和他另外两位同事名字的第1个字母。
佯谬的意思是指根据一个理论,推导出与实际情况不吻合的悖论。
爱因斯坦是想通过这个推理,来证明量子力学的理论是不完善的。
但是,后来的实验证明,本来大多数人都认为不应该发生的事件,真的发生了。
打个比喻:两个鸡蛋朝相反的方向旋转,一个放在北京,一个放在上海。如果握住上海的鸡蛋,北京的鸡蛋立刻不动了。
你相信这种事情会发生吗?
》爱因斯坦的粉丝证明了爱因斯坦的观点是错的。
这种现象在宏观世界从未发生过,所以几乎所有的人都不理解,甚至连爱因斯坦也不承认。
这个时候,爱因斯坦就提出来另外一种假设,认为还有一种未知因素牵连着两个远距离的量子。
当时,和爱因斯坦持相同观点的人是占大多数的。
但是,如何检测这个未知因素是一个难题。
一个叫贝尔的科学家,提出了一个检验爱因斯坦的观点的方案,被称为贝尔检测。
贝尔检测是一组不等式,可以用来检验爱因斯坦提出的未知的因素,是不是存在。
贝尔这个人实际上是一个搞工程的人,他不是一个纯的理论物理学家。但是贝尔是爱因斯坦的粉丝,他提出这个方案原本是为了支持爱因斯坦的。
但是现在实验的证据表明,根据贝尔检测,额外的因素是不存在的。
这就证明了,支配量子纠缠的,不是任何本宇宙中存在的因素。
让量子产生纠缠的原因,存在于物质之上。
所谓天外有道,不寂不灭。