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所謂量子糾纏，是量子世界中又一奇妙的現(xiàn)象?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，在同一特殊反應(yīng)中能夠生成兩個(gè)且只有兩個(gè)相互糾纏的量子，這兩個(gè)量子如孿生一般，對(duì)其中一個(gè)發(fā)生作用，另外一個(gè)會(huì)同時(shí)做出相同的變化。比如一對(duì)相互糾纏的電子，如果他們的糾纏方式是反向糾纏，一個(gè)正向旋轉(zhuǎn)，那么另外一個(gè)必然反向旋轉(zhuǎn)。假設(shè)你將前邊的電子改為反向旋轉(zhuǎn)，那么另外一個(gè)會(huì)同時(shí)變?yōu)檎蛐D(zhuǎn)。而且，這兩個(gè)電子無論相聚多遠(yuǎn)，哪怕是銀河系的兩端，也不能阻礙他們同時(shí)發(fā)生變化。

? ? ? 他們之間是如何聯(lián)系的呢？這種聯(lián)系速度甚至達(dá)到光速的十倍。這不科學(xué)。因?yàn)榘凑障鄬?duì)論，光速無法被超越。愛因斯坦把這種鬼魅般的聯(lián)系稱為“幽靈作用”。

? ? ? 誠然，直到今天，我們還沒有確鑿證據(jù)找到能超越光速的物質(zhì)。所以，哥本哈根學(xué)派告訴愛因斯坦，世界本來就是這樣的。

? ? ? 愛因斯坦的主要支持者薛定諤，更是提出了一個(gè)對(duì)于哥本哈根學(xué)派如同噩夢的實(shí)驗(yàn)——“薛定諤的貓”。

? ? ? 既然量子力學(xué)的理論都是解釋微觀狀態(tài)，那如何與宏觀世界結(jié)合呢？薛定諤假設(shè)，在一個(gè)箱子里，放一個(gè)原子核，原子核是個(gè)量子級(jí)概念，它在不確定的時(shí)間內(nèi)會(huì)自發(fā)的產(chǎn)生衰變，誰都無法預(yù)測衰變的準(zhǔn)確時(shí)間。箱子內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)關(guān)，當(dāng)原子核衰變時(shí)，將聯(lián)動(dòng)一把錘子，打破裝有可以毒死貓的毒氣瓶。箱子里邊放一只貓，然后把箱子蓋上。請(qǐng)問，過一段時(shí)間后，箱子里裝著的是一只活貓還是死貓？

? ? ? 按照哥本哈根學(xué)派的理論，觀察行為會(huì)改變物質(zhì)變化的狀態(tài)。好，那不觀察呢？

? ? ? 對(duì)此，哥本哈根學(xué)派只能吞下苦水，承認(rèn)那只貓是處于半死不活的混合態(tài)。

? ? ? 波爾和愛因斯坦的論戰(zhàn)，也是量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)的論戰(zhàn)。爭論雖然直到今天輸贏也沒有定論，卻促進(jìn)了量子力學(xué)的發(fā)展和完善。

? ? ? 論戰(zhàn)使哥本哈根學(xué)派的思想廣泛流傳。

? ? ? 科學(xué)家們并未停步，他們聰明的繞過了研究誰對(duì)誰錯(cuò)，而是選擇忠于實(shí)驗(yàn)結(jié)論和計(jì)算結(jié)果。問到量子力學(xué)的原理，大多數(shù)物理學(xué)家會(huì)說“閉嘴，乖乖計(jì)算”。

? ? ? 波爾說：“我們稱之為真實(shí)的一切，都是由我們不能稱之為真實(shí)的東西組成?！绷孔恿W(xué)，充滿許多匪夷所思的怪論，但是，一切的實(shí)驗(yàn)和計(jì)算，都驗(yàn)證出它是對(duì)的。原理如何，無人知曉；事實(shí)證明，愛因斯坦錯(cuò)了。

? ? ? 根據(jù)量子力學(xué)的方程，人們?cè)O(shè)計(jì)了可以控制微小電流的開關(guān)，應(yīng)用到激光、晶體管、集成電路等電子工業(yè)的大多領(lǐng)域?？梢哉f量子力學(xué)如果不成立，那么我們的電腦、手機(jī)、相機(jī)等等電子元器件將統(tǒng)統(tǒng)失靈。沒有量子力學(xué)的世界，我們只能回到蒸汽時(shí)代。

? ? ? 以上就是簡單的量子力學(xué)發(fā)展過程。近年，量子力學(xué)一詞，出現(xiàn)的越來越頻繁。我們普通人，怎么能夠容易理解量子力學(xué)呢？如果我們能夠打破幾個(gè)定勢思維，同樣可以走進(jìn)量子力學(xué)的奇妙世界。

顛覆思維之一、量子化無處不在

? ? ? 從量子的名字看，很多人看到叫“子”，就認(rèn)為是一種微小顆粒。在理解量子時(shí)，請(qǐng)忽略后邊的“子”字，而看前邊的“量”字。量子，拉丁語本意為“有多少”，代表“一定數(shù)量的某物質(zhì)”。

? ? ? 量子力學(xué)，雖然研究基本粒子，但是量子化，卻是宇宙的屬性。大到行星、小到細(xì)胞，最終分解都是可以量子化的。甚至人類的思維，科學(xué)證明，我們的意識(shí)同樣不是連續(xù)的，每隔0.042秒就有微小的斷開。那么我們的意識(shí)就可以視為以0.042秒為一份的量子化意識(shí)。

? ? ? 我們所處的宏觀世界是由微觀世界組成的，兩者并無清晰的界限。哪怕我們?nèi)梭w，同樣由微小的原子組成。按照波粒二象性，如果告訴你，人同樣是由波組成的，也并不需要意外。這在德布羅意的“物質(zhì)波”理論中，已經(jīng)有了答案。

? ? ? 另外，抽象到如空間，也可以量子化。空間的量子化，產(chǎn)生了蟲洞。蟲洞的概念，是說我們只要有足夠大的能量，就可以打開單位空間之間的間隙，依靠這樣的蟲洞，可以進(jìn)行時(shí)間旅行、空間轉(zhuǎn)移。這并不是科幻，至少從數(shù)學(xué)的推算中可行。蟲洞也叫“愛因斯坦－羅森橋”，由愛因斯坦及羅森在研究引力場方程時(shí)推算得出。

? ? ? 如太極的玄妙，宏觀和微觀相互交融，并非對(duì)立。解釋宏觀世界的經(jīng)典物理學(xué)，和解釋微觀世界的量子力學(xué)，現(xiàn)在還極不相融，沒有達(dá)成一致，但已有科學(xué)家通過實(shí)驗(yàn)開始把彼此歸于統(tǒng)一。由此，可能會(huì)產(chǎn)生更加奇妙又偉大的理論。

顛覆思維之二：沒有唯一的真理，甚至在科學(xué)中

? ? ? 蘋果砸到牛頓的頭時(shí)，他發(fā)現(xiàn)了萬有引力。今天我們知道，扔一個(gè)蘋果，只要有足夠大的能量，甚至可以把蘋果扔出地球。這對(duì)于古代人，無法想象。

? ? ? 認(rèn)知沒有止境時(shí)，真理就是相對(duì)的。

? ? ? 假設(shè)世界只是一個(gè)平面，我們都是二維平面人，那么我們甚至都不能理解，在一個(gè)三維世界的地上出現(xiàn)了兩個(gè)腳印是什么原理。還好，我們本身是三維的，知道腳印的上邊是一個(gè)完整的人。那量子糾纏的超遠(yuǎn)距離“幽靈作用”是什么原因呢？科學(xué)家目前的解釋有分歧，有些認(rèn)為光速并不是極限速度，“幽靈作用”是超光速傳導(dǎo)產(chǎn)生的；而也有科學(xué)家認(rèn)為，宇宙本身是11維度的空間，“幽靈作用”是由于那些被壓縮在空間內(nèi)的、我們看不到的維度影響產(chǎn)生的。

? ? ? 原理雖沒澄清，但利用量子糾纏現(xiàn)象，我國已經(jīng)于去年8月發(fā)射了量子通訊衛(wèi)星，領(lǐng)先全球。

? ? ? 量子力學(xué)正在滲透到科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。例如生物學(xué)家甚至證明，我們的嗅覺，不是由我們一般認(rèn)為的，聞到物品的分子產(chǎn)生，而是像我們的耳朵一樣，“聽到”了物品中亞原子顆粒的波動(dòng)來加以區(qū)分。量子生物學(xué)正在顛覆傳統(tǒng)生物學(xué)。

? ? ? 科學(xué)的研究還在繼續(xù)，可以肯定的是，我們看到的世界，并不是它的全部。

顛覆思維之三：沒有絕對(duì)的存在，概率才是真實(shí)的面貌

? ? ? 如果你在北京，對(duì)于我來說，你在北京的哪里呢？量子力學(xué)的解釋是，你在北京的任意一個(gè)地方。就如我們想知道一個(gè)電子在原子中的位置，電子是以波的形式存在于整個(gè)原子空間里，直到你去觀察時(shí)，才會(huì)具體的出現(xiàn)在一個(gè)點(diǎn)上。同樣，我沒有觀察或者沒有被告知時(shí)，你就如電子一般，在北京的任意一個(gè)角落都有存在的概率。

? ? ? 量子力學(xué)目前不能準(zhǔn)確的解釋這種邏輯，他們說這就是真實(shí)的世界。

? ? ? 這種概率存在的意義，目前在量子計(jì)算中顯的更為實(shí)用。

? ? ? 我們都知道，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是二進(jìn)制。計(jì)算機(jī)二進(jìn)制中，一個(gè)單位信息叫一個(gè)比特。一個(gè)比特可以是0，或者1。如果我輸入2個(gè)比特01，通過傳輸后，它依然是01。量子比特則不同，我輸入兩個(gè)最小單位的量子比特，這兩個(gè)量子比特都有可能是0，也都有可能是1，概率均等。這時(shí)，輸出的結(jié)果也不再是單一信息，而是四個(gè)可能，00、01、10、11。量子計(jì)算給了我們四個(gè)概率相等的、可供選擇的、不確定的答案。這可以簡單認(rèn)為就是量子計(jì)算的原理。

? ? ? 2個(gè)量子比特信息，答案是2的2次方個(gè)；3個(gè)量子比特，就是2的3次方個(gè)；……20個(gè)量子比特，就是2的20次方個(gè)，也就是100多萬個(gè)。

? ? ? 量子計(jì)算，會(huì)隨著量子比特增加，呈幾何級(jí)數(shù)增長。比如我們想從100萬個(gè)不同比特信息中找到我們想要的一個(gè)，量子計(jì)算機(jī)不會(huì)像經(jīng)典計(jì)算機(jī)一樣逐個(gè)檢索，而是同時(shí)檢索100萬個(gè)答案。只要設(shè)定一下條件，計(jì)算機(jī)可以在一秒內(nèi)找到這個(gè)比特信息。

? ? ? 這就是在5月3日我國宣布研發(fā)成功的量子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。因?yàn)槲覈茖W(xué)家，實(shí)現(xiàn)了10對(duì)糾纏狀態(tài)下的量子計(jì)算，10對(duì)——20個(gè)量子，在計(jì)算中就是20個(gè)量子比特。

? ? ? 想要判斷量子計(jì)算到底牛不牛，學(xué)術(shù)界有三個(gè)達(dá)成共識(shí)的指標(biāo)性節(jié)點(diǎn)：計(jì)算能力超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)是第一步，再是超越我們使用的個(gè)人電腦，最后是超越超級(jí)計(jì)算機(jī)。

? ? ? 我國科學(xué)家在全球率先完成了最困難的第一步。

? ? ? 量子計(jì)算機(jī)離我們已經(jīng)如此之近。

? ? ? 量子力學(xué)理論從量子一詞誕生，到今天有117年的歷史。量子力學(xué)已讓我們的生活翻天覆地。隨著對(duì)于量子力學(xué)研究的深入，實(shí)用化的量子產(chǎn)品終將迎來井噴的一天。

? ? ? 波爾說：“如果誰不曾對(duì)量子論感到震驚，他就根本沒有理解它?！?/p>

? ? ? 我們對(duì)于量子的無知，就像300多年前，人類對(duì)于光的無知一樣。人類探索量子世界秘密的過程，智慧之花也在悄然綻放。

? ? ? 也許，在未來的某一天，人類完全理解了量子的世界，才發(fā)現(xiàn)量子力學(xué)這門超現(xiàn)代科學(xué)本身，正是生命古老的事實(shí)。

量子力學(xué)極簡史

? ? ? ? 由伽利略和牛頓等人于17世紀(jì)創(chuàng)立的經(jīng)典物理學(xué)，經(jīng)過18世紀(jì)在各個(gè)基礎(chǔ)部門的拓展，到19世紀(jì)得到了全面、系統(tǒng)和迅速的發(fā)展，達(dá)到了它輝煌的頂峰。到19世紀(jì)末，已建成了一個(gè)包括力、熱、聲、光、電諸學(xué)科在內(nèi)的、宏偉完整的理論體系。

? ? ? 經(jīng)典力學(xué)、經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)、經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)形成了物理世界的三大支柱。它們緊緊地結(jié)合在一塊兒，構(gòu)筑起了一座華麗而雄偉的殿堂。

? ? ? ? 人們也許終于可以相信，上帝造物的奧秘被他們所完全掌握了，再?zèng)]有遺漏的地方。

? ? ? ? 物理學(xué)家們開始相信，這個(gè)世界所有的基本原理都已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)了，物理學(xué)已經(jīng)盡善盡美，它走到了自己的極限和盡頭，再也不可能有任何突破性的進(jìn)展了。著名的科學(xué)家基爾霍夫說：“物理學(xué)的未來，將只有在小數(shù)點(diǎn)第六位后面去尋找”。普朗克的導(dǎo)師甚至勸他不要再浪費(fèi)時(shí)間去研究這個(gè)已經(jīng)高度成熟的體系。

? ? ? ? 19世紀(jì)的最后一天，歐洲著名的科學(xué)家歡聚一堂。會(huì)上，英國著名物理學(xué)家湯姆生（即開爾文男爵）發(fā)表了新年祝詞。他在回顧物理學(xué)所取得的偉大成就時(shí)說，物理大廈已經(jīng)落成，所剩只是一些修飾工作。

? ? ? ? 同時(shí)，他在展望20世紀(jì)物理學(xué)前景時(shí)，卻若有所思地講道：“在物理學(xué)的美麗而晴朗的天空卻被兩朵烏云籠罩著?！?/p>

? ? ? ? 這令人不安的烏云，一朵是以太漂移實(shí)驗(yàn)的否定結(jié)果，另一朵是黑體輻射的紫外災(zāi)難。

? ? ? ? 從第一朵烏云中降生了相對(duì)論，緊接著從第二朵烏云中降生了量子論。經(jīng)典物理學(xué)的大廈被徹底動(dòng)搖。

實(shí)際上“烏云”不止這兩朵，還包括：

? ? ? ? 1895年，倫琴(Wilhelm Konrad Rontgen)發(fā)現(xiàn)了X射線。

? ? ? ? 1896年，貝克勒爾(Antoine Herni Becquerel)發(fā)現(xiàn)了鈾元素的放射現(xiàn)象。

? ? ? ? 1897年，居里夫人(Marie Curie)和她的丈夫皮埃爾·居里研究了放射性，并發(fā)現(xiàn)了更多的放射性元素：釷、釙、鐳。

? ? ? ? 1897年，J.J.湯姆遜(Joseph John Thomson)在研究了陰極射線后認(rèn)為它是一種帶負(fù)電的粒子流。電子被發(fā)現(xiàn)了。

? ? ? ? 1899年，盧瑟福(Ernest Rutherford)發(fā)現(xiàn)了元素的嬗變現(xiàn)象。

? ? ? ? 就是這幾朵烏云帶來了一場震撼整個(gè)物理學(xué)界的革命風(fēng)暴，導(dǎo)致了現(xiàn)代物理學(xué)的誕生。

? ? ? ? 為解決黑體輻射問題，1900年12月14日，普朗克沖破經(jīng)典物理機(jī)械論的束縛，提出了量子論，標(biāo)志著人類對(duì)量子認(rèn)識(shí)的開始。這一天也就成為了量子力學(xué)的誕辰。

? ? ? ? 接著1905年，愛因斯坦受普朗克量子化的思想啟發(fā)，引進(jìn)光量子(光子)的概念，成功地解釋了光電效應(yīng)。1905年被稱為科學(xué)史上的奇跡年，愛因斯坦在這一年發(fā)表了6篇論文，3月18日，發(fā)表了剛才提到的關(guān)于光電效應(yīng)的文章，成為了量子論的奠基石之一，他也為此獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。4月30日，發(fā)表了關(guān)于測量分子大小的論文，這位他贏得了博士學(xué)位。5月11和12月19日，兩篇關(guān)于布朗運(yùn)動(dòng)的論文，成了分子論的里程碑。6月30日，發(fā)表題為《論運(yùn)動(dòng)物體的電動(dòng)力學(xué)》的論文，這個(gè)不起眼的題目后來被加上了一個(gè)如雷貫耳的名稱，叫做“狹義相對(duì)論”。9月27日，發(fā)表了關(guān)于物體慣性和能量的關(guān)系，這是狹義相對(duì)論的進(jìn)一步說明，并且在其中提出了著名的質(zhì)能方程E=MC^2。單單這一年的工作，便至少配得3個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。

? ? ? ? 1913年，玻爾在盧瑟福有核原子模型的基礎(chǔ)上建立起原子的量子理論。玻爾是個(gè)看上去沉默駑鈍的人，可是重劍無鋒，大巧不工，在他一生中幾乎沒有輸過哪一場認(rèn)真的辯論?？梢姴柺莻€(gè)十分厲害的人，他于1922年獲得諾貝爾獎(jiǎng)，他的小兒子在1975年在量子力學(xué)領(lǐng)域獲得諾貝爾獎(jiǎng)，他的學(xué)生海森堡，泡利，狄拉克、朗道獲得諾貝爾獎(jiǎng)。

? ? ? ? 在人們認(rèn)識(shí)到光具有波動(dòng)和微粒的二象性之后，為了解釋一些經(jīng)典理論無法解釋的現(xiàn)象，法國物理學(xué)家德布羅意于1923年提出了物質(zhì)波這一概念。認(rèn)為一切微觀粒子均伴隨著一個(gè)波，這就是所謂的德布羅意波。德布羅意可以說是一個(gè)奇才，本來是個(gè)研究歐洲歷史的，半路出家學(xué)了物理。德布羅意在他五年的研究生生涯幾乎一無事成，他的博士論文也就一頁多一點(diǎn)，他的導(dǎo)師朗之萬拿著他的博士論文不知怎么辦，就寄給了愛因斯坦，愛因斯坦拿著德布羅意的論文決定很有意思，于是德布羅意就順利拿到了博士學(xué)位。

? ? ? ? 薛定諤看到德布羅意的關(guān)于物質(zhì)波的博士論文，從中受到啟發(fā)。將電子的運(yùn)動(dòng)看作是波動(dòng)的結(jié)果，其運(yùn)動(dòng)的方程應(yīng)該是波動(dòng)方程，方程決定著電子的波動(dòng)屬性。1926年薛定諤連續(xù)發(fā)表了4篇關(guān)于量子力學(xué)的論文，標(biāo)志著波動(dòng)力學(xué)的建立。然而薛定諤并不能指出波動(dòng)方程的具體含義，而是由玻恩指出薛定諤的波函數(shù)是一種概率的振幅，它的模的平方對(duì)應(yīng)于側(cè)到的電子的概率的分布。二戰(zhàn)是納粹迫害猶太人，薛定諤向美國遞交移民申請(qǐng)卻沒通過，作為一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)得主卻被美國拒之門外，大家一定感動(dòng)很奇怪。這是因?yàn)檠Χㄖ@道德上有問題，他有不少情婦，還有好幾個(gè)私生子。

? ? ? 第一個(gè)提出完整的量子力學(xué)理論的，是德國物理學(xué)家海森堡。海森堡從粒子的角度出發(fā)，在玻恩和約爾當(dāng)?shù)膸椭?，海森堡矩陣力學(xué)的相關(guān)理論。

? ? ? ? 雖然海森堡的矩陣力學(xué)和薛定諤的波動(dòng)力學(xué)出發(fā)點(diǎn)不同，從不同的思想發(fā)展而來，但它們解決同一問題是得到的結(jié)果確實(shí)一樣的。兩種體系的等價(jià)性的。

? ? ? ? 由于海森堡和薛定諤在量子力學(xué)建立開創(chuàng)性的工作，他們分別獲得了1932年、1933年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

? ? ? ? 1928年狄拉克提出相對(duì)量子力學(xué)，使量子力學(xué)和相對(duì)論結(jié)合起來。狄拉克是個(gè)沉默寡言，喜好孤獨(dú)，淡泊名利的人。有一次狄拉克在某大學(xué)演講，講完后一個(gè)觀眾起來說：“狄拉克教授，我不明白你那個(gè)公式是如何推導(dǎo)出來的。”狄拉克看著他久久地不說話，主持人不得不提醒他，他還沒有回答問題?！盎卮鹗裁磫栴}？”狄拉克奇怪地說，“他剛剛說的是一個(gè)陳述句，不是一個(gè)疑問句。”

? ? ? ? 1925年，泡利提出不相容原理。

? ? ? ? 1927年，海森堡提出不確定性原理。量子力學(xué)到此可以說是基本的框架已經(jīng)建立。

? ? ? ? 在量子力學(xué)誕生之初著名的物理學(xué)家波爾茲曼就因?yàn)椴荒芫褪墙?jīng)典物理學(xué)的局限性，在1906年選擇了自殺。1934年，荷蘭物理學(xué)家埃倫菲斯特因感覺在量子力學(xué)里力不從心而結(jié)束了自己的生命。

? ? ? ? 量子力學(xué)的創(chuàng)始人愛因斯坦，德布羅意，薛定諤因不能接受量子力學(xué)太多的概率成分和不確定因素，而站到了量子力學(xué)的對(duì)立面。于是形成了以愛因斯坦為首反對(duì)派和以波爾為首的擁護(hù)派兩大陣營。他們開始了長久的論證。1935年，薛定諤提出了著名的薛定諤貓，愛因斯坦提出EPR佯謬。