愛因斯坦不懼怕新想法,
但1920年代,量子力學世界開始轉向一個方向,與經典物理的絕對預測大相徑庭
愛因斯坦不想走這個方向,
量子力學似乎在測試中脫穎而出,尤其是雙狹縫實驗。
想像你在保齡球館,球道中間有兩個洞。
如果將一些球沿著球道滾動,要嘛被障礙物阻擋,要嘛通過縫隙,擊中後面的螢幕。
這些球總是直接撞擊在螢幕的正後方,
除了使用保齡球以外,
使用要小數十億倍的電子。
如果扔一堆這樣的電子會發生什麼情況?
電子不僅擊中兩個區域,落在整個探測器螢幕上,並形成條紋圖案,
那到底怎麼回事?
這種模式也可能僅意味著一件事情:波
波做各種有趣的事情, 保齡球永遠做不到的事情
他們可以分開並可以合併
如果通過雙縫隙送出水浪,它將分裂然後兩個波將相交,
兩組波峰和波谷相交,在某些地方變大,在其他地方變小,有時它們互相抵消,
水的高度與屏幕上的亮度相對應。
一系列條紋以及所謂的干涉圖樣
那麼,作為粒子的電子將如何形成該圖案?
單個電子如何最終在波中傳播呢?
粒子波是波嗎?粒子如何成為波?
石頭是粒子的例子,海浪是波的例子,現在有人告訴你一塊石頭就像海浪?
早在1920年代,科學家們一直在努力理解這種波狀行為。
想知道運動中的單個電子可能會擴散成波,
物理學家薛丁格(Erwin Schrodinger)提出了一個似乎可以描述它的方程。
薛丁格認為這波波是對擴展電子的描述,
電子以某種方式被抹去了,不再是一點,而是像糊糊狀的。
關於它到底代表什麼的說法有很多爭議。
伯恩對波動方程所描述的東西提出了一個新的革命性想法。
伯恩說,波動不是一種塗抹的電子或以前在科學中遇到的任何其他事物,
相反,他宣稱,這實際上是機率波。
伯恩說,任何位置都可以預測在該位置發現電子的可能性的大小,
而該波很大,那是電子最有可能出現的地方。
確實如此,那很奇怪,所以電子本身似乎是一堆雜亂無章的東西。
不禁要問,現在的電子在哪裡?
可以問是否在空間的這一小部分中尋找電子嗎?可能性是多少?
會在那找到它嗎?
意味著隨時隨地都在擾動。
聽起來像這種怪異的描述電子那樣的粒子運動的新方式,
當投擲單個電子時實際上是正確的,我永遠無法預測將要降落的地方,
但如果使用薛丁格方程來尋找電子的機率波,我可以肯定地預測
如果投出足夠多的電子,然後說? 33.1%會在這裡,7.9%會在這裡,
如此反覆的實驗已經證實了這類預測,
因此量子力學方程式的精確度令人驚訝,
只要你可以接受,關於機率的所有資訊
假設在輪盤賭桌上的36號投注100元賭注
確實知道我們在這場比賽中獲勝的可能性。
賭場仍然可以確信幾千次旋轉交易的過程他們將獲勝,
並且可以精確地預測究竟是多久一次?
根據量子力學,世界本身就是一個這樣的機會遊戲。
宇宙中的所有物質都是由原子和次原子粒子構成的,
這些粒子是由機率論確定的,而不是確定性,
這是由內在的機率論來描述的,
這是高度違反愛因斯坦的直覺
愛因斯坦無法相信最深層次的現實的本質是由偶然決定的,
這就是愛因斯坦無法接受的
愛因斯坦說上帝不躑骰子
他不喜歡
但是許多其他物理學家並沒有因此而推遲,
因為量子力學方程使他們有能力預測原子和微小粒子行為,具有驚人的精確度
不久之後,這種力量將導致一些非常大的發明二極體,電晶體
如果量子力學突然發生衝擊,我們擁有的每台機器幾乎都將停止起作用,
實際上,當今的每台電腦,數位相機和手機,
二極體,電晶體是是構成目前資訊技術的基礎,
它們以各種方式工作,成為日常生活的基礎,
沒有量子力學, 我們會回到黑暗時代。
更準確地說,如果沒有量子力學,那社會將回到19世紀的蒸汽機和電報
量子力學是我們物理學家發現的最成功的理論,
但仍在爭論它的含義是什麼,
它說明了我們的現實?
儘管量子力學取得了巨大的勝利,
但是仍沒有回答過愛因斯坦在1920年代提出的基本問題,
涉及機率和測量的觀察行為。
波耳說測量改變了一切,他相信在測量或觀察粒子之前,其特性是不確定的,
例如,雙縫實驗中的電子在檢測器之前
它可能幾乎在任何地方具有各種各樣的可能性,直到觀察到它為止,
直到那時,位置不確定性才會根據量子力學方法消失。
當測量粒子的測量行為時?
測量行為迫使粒子放棄可能存在的所有可能的位置,並選擇一個確定的位置,
這就是迫使粒子做出選擇的原因
波耳接受現實的本質是內在的模糊
愛因斯坦一直都相信確定性。
正如愛因斯坦所說,即使我不看它,我也相信月亮在那裡。
感到沮喪宇宙的現實取決於是否碰巧睜開眼睛 , 這真奇怪
愛因斯坦確信量子理論缺少某些東西,
即使當不看它們時,也可以描述粒子的所有詳細特徵,
愛因斯坦認為量子力學並不完整。
儘管愛因斯坦的論點使波耳不為所動,
愛因斯坦一再重複說上帝不丟骰子,
波耳仍然不為所動,
波耳回應,不要告訴上帝該怎麼做
在1935年,愛因斯坦以為他終於找到了量子力學的致命弱點。
某種奇怪的東西使他反駁了宇宙的所有邏輯觀點。
證明該理論的關鍵是不完整
所謂的量子糾纏,量子力學最離奇,最荒謬,最瘋狂,
量子糾纏是來自量子力學的理論預測。
如果量子緊密靠近,它們可能會糾纏在一起。
量子力學說,即使以相反方向分離發送那些粒子,它們也可能仍糾纏不清。
為了理解這有多麼深奧,我們認為電子的特性叫做自旋,
與其他量子質量一樣,電子自旋通常完全模糊且不確定,
直到測量它的時刻以及發現時,它要嘛是順時針旋轉,要嘛是逆時針旋轉。
現在想像兩個旋轉的硬幣的行為就像兩個糾纏的電子,
那麼每次一個落到正面時,另一個都會保證落在反面上,
反之亦然,
但是波耳和他的同事們所擁護的量子力學甚至更遠。
如果發現其中一對發現正面,
則可以肯定如果一對中的一個即使在另外一個星系上,
沒有電線或發射器
仍將它們連接在一起變成反面。
換句話說,如果在此處測量了一個粒子,那麼無論多遠,你的測量都將影響它,
而且它的纏結夥伴也會對其產生影響。
他稱它為怪異的遠距作用,
這是什麼令人驚訝
當對一個粒子進行測量時,會影響另一粒子的狀態,會改變其狀態。
沒有力或滑輪,或者電話線。
這完全是離奇的
愛因斯坦,不能接受這樣的糾纏方式說服自己,
他同意糾纏的粒子可以存在,
但是他認為存在一個更簡單的糾纏粒子
解釋對於為什麼它們之間的鏈接沒有涉及神秘的長距離連接,
他堅持認為糾纏的粒子更像是一雙夾腳拖。
想像一下,有人將一雙夾腳拖分開放在兩個行李箱中,
一個人拿著一個行李箱到南極, 一個交給我,
在打開行李箱之前,我知道它有左腳或右腳拖鞋,
當我打開行李箱,如果發現左腳拖鞋,
那一刻我知道在南極的那個箱子必定裝有一個右腳拖鞋
即使沒有人看過裡面,
但通過觀察我沒有影響到夾腳拖的情況,這沒有什麼神秘之處
總是有一個左腳拖鞋,有一個右腳拖鞋。
愛因斯坦認為完全相同的想法適用於糾纏粒子
電子從它們飛散的那一刻起就必須被完全確定了。
波耳支持,即粒子就像旋轉的硬幣,
即使在幾光年遙遠的距離上也可以立即將其隨機結果聯繫起來;
誰是正確的?
一個人知道如何解決問題,整個問題都被認為不是哲學
1955年,愛因斯坦逝世,科學仍然堅信量子力學最多只能提供一張不完整的現實圖景。
1967年,在哥倫比亞大學,愛因斯坦挑戰量子力學的任務被一個不太可能的新兵接手。
阻礙他前進的是他在量子力學的成績。
克勞澤(Clauser)想知道,愛因斯坦是否可能是正確的。
一位名不見經傳的愛爾蘭物理學家約翰·貝爾(John Bell)
貝爾似乎找到了一種方法來打破愛因斯坦與波耳之間的僵局
他想一勞永逸地對世界展示量子力學的觀點可能是錯誤的。
貝爾發現瞭如何辨別出糾纏的粒子是否確實是通過怪異動作進行通訊,或者沒有任何東西。
貝爾是一位理論家,他的論文表明,可以決定這個問題,
可以建造一台能夠創造並比較許多糾纏的粒子的機器?
貝爾把這個問題變成了一個實驗性的問題,
這不僅僅是關於哲學或而且他設想的實驗可以完成。
Clauser x'機器可以測量成千上萬對糾纏的粒子,並比較它們在許多不同方向上的自旋。
克勞斯(Klaus)重複了他的實驗,
很快法國物理學家Elana spay進行了一項更複雜的測試,
結果得到了更加明確的結果,
消除了幾乎所有揮之不去的疑問,
結果令人震驚。
他們證明量子力學是正確的
量子糾纏是真實的
測量一件事實際上可以立即影響其遠方的夥伴,
好像它們之間的空間根本不存在一樣。
愛因斯坦認為的一件事不可能在遙遠的地方發生怪異的動作,
實際上至今仍然很難理解它。
這是量子力學最奇怪的事情,甚至無法理解。
我們只能說,這顯然是世界選擇的方式,
如果我們接受世界真的以這種奇怪的方式,
我們可以利用長距離的詭異糾纏動作來做有用的事情
以某種方式將人們從一個地方轉移到另一個地方,
而又不跨越它們之間的空間。
換句話說,星際迷航成為現實,
或者說《瞬間移動》看上去很方便。
2018年4月25日,芬蘭阿爾托大學教授麥卡(Mika Sillanpää)的團隊成功地量子糾纏了兩個鼓膜。
鼓膜約為頭髮的寬度,由1015個金屬鋁原子製成。
通過超導微波電路,在接近絕對零度(-273°C)下,持續約30分鐘的互動。
這實驗展示了巨觀的量子糾纏。
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