讓人驚訝的量子糾纏實驗

這個世界真的存在幽靈嗎？魔法世界真的存在嗎？平行宇宙真的只存在于科幻？

這些問題聽起來都是那么的不真實，但在看完今天的講述后，大家可能就會有全新的認(rèn)識。

光是粒子還是波

如果這個世界有終極，那一定是光。

光的出現(xiàn)構(gòu)成了我們這個五彩的世界，光明是所有生命的希望，光速是宇宙運動的極限。

對于光本質(zhì)的研究，在數(shù)百年前就已經(jīng)開始。光究竟是什么東西，為什么它能在一瞬間充斥整個空間呢？在1678年的時候，科學(xué)界對于光的認(rèn)知就已經(jīng)分成了兩大流派。

一派是以牛頓為代表的的光粒說，他們認(rèn)為光就是一種微粒流，從光源沿直線飛出，充斥整個空間。

而另一派則是以惠更斯為代表的，他們認(rèn)為微粒流的說法，根本無法解釋光的衍射現(xiàn)象，所以他們堅持認(rèn)為光是一種波動，就像水波一樣，是波動傳播的。

在當(dāng)時，這兩種學(xué)派爭論不休，各抒己見，只不過由于牛頓已經(jīng)是物流學(xué)中的頂級存在，更多的人站在牛頓一方。

不過很快這種現(xiàn)象就發(fā)生了改變，在十九世紀(jì)初，一位全能科學(xué)家出現(xiàn)，憑借一個簡單的實驗，就讓波動說占據(jù)了上風(fēng)。

這位全能科學(xué)家叫托馬斯楊，他精通十幾個領(lǐng)域的科學(xué)，還是一個十分擅長表演雜技的醫(yī)生。

為了驗證光到底是微粒傳播還是波動傳播，托馬斯楊設(shè)計了“楊氏雙縫干涉”實驗。

這個實驗非常簡單，他先設(shè)計了一個小孔的光源，然后讓光源經(jīng)過兩個平行的縫隙，最后投射到一個平面上。

在這個實驗中，如果光投射出來的圖像是兩條直線，就證明光是像發(fā)出的子彈一樣直線傳播出去。但如果圖像呈現(xiàn)出斑馬線形狀，就證明光在穿過兩個縫隙的時候，是波動傳播的。

因為只有波動傳播，才能讓波峰疊加，波谷抵消，形成不同的強度的光，從而投射出斑馬線。

托馬斯楊的實驗結(jié)果是，圖像投射出了斑馬線，從而證實光是波動傳播。

其實惠更斯的波動流和牛頓的微粒流都沒有錯，因為光本身既是波，也是粒子，他同時滿足這兩種特性，也就是光的“波粒二象性”。

不過楊氏雙縫干涉實驗并沒有就此結(jié)束，在之后的百年里，科學(xué)家們又對這個實驗進行了多次改進，還發(fā)現(xiàn)了另一個奇怪的現(xiàn)象。

一次，科學(xué)家把光源強度降低，讓光源一次發(fā)射一個光子。這種情況就像是機槍的點射，在這種情況下，光粒和光粒之間就不會產(chǎn)生干涉。

按道理來說，沒有干涉之后，光子就只能從兩個縫隙中的一個穿過，呈現(xiàn)出來的應(yīng)該就是兩條直線。但神奇的是，這個實驗得出的，依然是有干涉條紋的圖像，這是怎么回事呢？

為了研究出這一問題，科學(xué)家們又進行了大量的實驗，結(jié)果卻造成了科學(xué)界的大混戰(zhàn)。

科學(xué)界的亂戰(zhàn)

光到底是如何傳播的呢？科學(xué)家為了觀察這一真相，做了無數(shù)的實驗，結(jié)果卻引發(fā)了科學(xué)界的大混戰(zhàn)。

為了研究光粒為何會在沒有干涉的情況下產(chǎn)生干涉條紋，科學(xué)家們決定在雙縫板的前面安裝一個攝像頭，通過攝像頭觀察光究竟是如何產(chǎn)生干涉的。

很快這個實驗結(jié)果就出來了，這些光粒就是循規(guī)蹈矩地穿過雙縫，然后落到了面板上。

本來這個結(jié)果出來后，事情就完結(jié)了。但神奇的是，原本是斑馬線的條紋圖案，突然就變成了兩條豎杠。

要知道，整個實驗過程除了安裝了一個攝像頭拍攝，沒有任何的改變，為什么最終的圖案會發(fā)生變化呢？為了搞清楚這一問題，科學(xué)家們又反復(fù)進行了無數(shù)次試驗，最終他們得出了一個讓人瞠目結(jié)舌的結(jié)論。

每當(dāng)攝像機開啟的時候，光子就是以粒子的形態(tài)直線射出，而當(dāng)攝像機關(guān)閉的時候，光子就呈現(xiàn)出波的特性。

這個結(jié)論徹底顛覆了科學(xué)家們的三觀，因為他似乎在說，光按照什么方式傳播，取決于你有沒有偷看它。

如果你用攝像機偷看它，它就沿著直線傳播，如果你沒偷看它，它就按波的方式傳播。

然而這還不是最讓科學(xué)家頭疼的事情。

1979年的時候，美國科學(xué)家惠勒又做了一個升級版的雙縫實驗，他這次將攝像機放在了雙縫板的后面，并且設(shè)計在粒子穿過雙縫板之后，再臨時決定是否開啟相機。

惠勒原本想著，在粒子穿過雙縫之后再突然開啟攝像機，這讓光粒子可能就沒有時間去改變傳播方式。然而這次實驗的結(jié)果，再次讓科學(xué)家蒙圈。

因為只要是攝像機開啟，哪怕是在粒子落在屏幕上的一瞬間，它的傳播方式也會發(fā)生改變。對于這一結(jié)果，科學(xué)家們給出兩種可能性。

第一種是光子能夠預(yù)測未來，他在發(fā)射出去的時候，就已經(jīng)知道攝像頭是否會開啟。

第二是光子擁有超越光速的反應(yīng)能力，能夠在一瞬間改變自己的選擇。

這兩種結(jié)論都非常的不可思議，未來能決定現(xiàn)在嗎？世界擁有超越光速的速度嗎？科學(xué)家們此時頭大如斗。

就在這個時候，科學(xué)家們的一個又一個相關(guān)實驗，也加入到爭論中來。

這個實驗涉及到量子糾纏，在發(fā)射光粒子的時候，時期通過一個BBO晶體，從而產(chǎn)生一對能量減半的孿生糾纏光子。

這對能量減半的孿生糾纏光子非常神奇，及時遠(yuǎn)隔數(shù)萬米的距離，只要一方發(fā)生變化，另一方也會隨之發(fā)生變化。

根據(jù)這種特性，科學(xué)家對兩個光子分別設(shè)計了兩條路徑，一號光子直接穿過縫隙投射到屏幕，二號光子路徑則比較長，并且要穿過一個半反半透鏡。

這個半反半透鏡，有一半的概率反射二號光子，一半的概率穿過二號光子。、 這里就出現(xiàn)了一個有意思的事情，由于二號光子路線比較長，在二號光子還沒有到達半反半透鏡的時候，一號光子已經(jīng)在屏幕上呈現(xiàn)。

由于兩個光子有緊密的糾纏聯(lián)系，這就等于說二號光子還不知道是否會穿過半反半透鏡的時候，一號光子就已經(jīng)知道了答案。

這就像二號光子還沒有到達半反半透鏡的時候，就知道了人們是否在觀察，然后把這一結(jié)果告訴一號，讓一號放心展示微?；蛘卟▌拥慕Y(jié)果。

本想要研究光子本質(zhì)，結(jié)果卻看到了超出科學(xué)的東西，對于這一結(jié)果，愛因斯坦十分糾結(jié)，這也成為困擾他后半生的幽靈。

愛因斯坦的幽靈

通過量子糾纏來研究光的本質(zhì)，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)光竟然可以通過未來影響現(xiàn)在，這究竟是如何做到的呢？這里面有什么神奇的魔法呢？

針對量子糾纏，偉大的科學(xué)家波爾進行了一番總結(jié)。波爾認(rèn)為，在量子的世界中，任何事物包括光子都可以隨時處于疊加狀態(tài)，有多重可能性并存，就像光子既是粒子也是波。

而且事物的疊加態(tài)無法被測量，這就是為什么攝像頭開啟與關(guān)閉的時候，是不同的結(jié)果。

最詭異的是，雖然量子世界的事物都可以疊加，但卻不能被觀察。

一旦我們開始有觀察這個動作的時候，這個疊加狀態(tài)就會消失。如何解釋這件事呢？或許用薛定諤的貓來解釋最為直觀。在盒子里放一只貓、一瓶毒藥和一個放射性原子。

當(dāng)放射性原子衰變的時候，機關(guān)被觸發(fā)，貓會被毒死。

在盒子被打開之前，放射性原子是處于衰變和不衰變的疊加狀態(tài)，此時的貓可能是死的，也可能是活的。

只有我們打開箱子觀察的時候，才能得知貓是死的還是活的。

波爾對量子的解釋認(rèn)為，量子領(lǐng)域有極大的不確定性，這讓很多謹(jǐn)慎的科學(xué)家十分不認(rèn)同。

比如愛因斯坦就曾對波爾嘲諷說：“上帝是不擲骰子的”，但波爾卻不甘示弱地回應(yīng)：“別去指揮上帝應(yīng)該怎么做。”

后來愛因斯坦和波爾分別帶領(lǐng)著十幾個科學(xué)家展開了一場波瀾壯闊的辯論，在場十幾個人，百分之八十都獲得過諾貝爾獎，可謂人類科學(xué)界辯論的巔峰，堪稱科學(xué)界的華山論劍。

不久后，又一位科學(xué)家提出了平行世界的理論。比如薛定諤的貓，當(dāng)我們打開盒子的時候，這個世界就出現(xiàn)了平行世界，有的世界里貓死的，有的世界里貓還活著。

雖然這個觀點也引起了很大的反響，但愛因斯坦依然處于量子的糾結(jié)中。

愛因斯坦后來聯(lián)合很多科學(xué)家寫了一篇論文，假設(shè)有一個光粒子，衰變分裂成為一號二號兩個糾纏粒子，那么為了確保兩個粒子的總自旋為0，這兩個粒子的旋轉(zhuǎn)方向一定是相反的。

如果把這兩個粒子放在遙遠(yuǎn)的距離上，比如一個在地球，一個在太陽，他們還會存在這樣的糾纏嗎？這個時候我們觀察地球上的一號，發(fā)現(xiàn)他是向下的，太陽上的粒子就應(yīng)該向上。

如果我們沒有觀測地球上一號的時候，他可能是向上的，那么太陽上的二號就會變成向下。

這種信號的傳遞是完全同步的，而這種同步遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了光速，甚至是一種人類難以理解的幽靈力量。

要知道一旦有超越光速的存在，這個空間都要塌縮，或許也只有幽靈的力量，才能產(chǎn)生這種現(xiàn)象。

原本愛因斯坦是不相信有這種力量存在的，但1995年一位華裔科學(xué)家卻做出了幽靈成像實驗，證明了量子糾纏的確存在，也證明了讓愛因斯坦無法理解的超距離作用的確存在。

時至今日，雖然人們依然無法完全解釋量子糾纏，但卻已經(jīng)將其應(yīng)用于科學(xué)領(lǐng)域。

比如我國自行研制的九章量子計算機，就是利用量子糾纏的特性而研發(fā)出來，這種計算機的計算速度，已經(jīng)無法用計算機來命名。

比如同樣計算一個問題，超級計算機需要6億年，而九章量子計算機只需要200秒。

難以想象，當(dāng)量子領(lǐng)域被人們廣泛應(yīng)用之后，這個世界將會發(fā)生怎樣天翻地覆的變化。

來源：宇宙解碼