量子纠缠的能量从何而来?为什么不管距离有多远,他们都能感应到对方?
量子纠缠不需要能量,因为它不传递任何信息。我觉得它需要能量,因为你还在用经典认知看量子效应。然而这是每个人都会有的困惑,爱因斯坦也不例外,所以爱因斯坦把量子纠缠称为“超距作用的幽灵”。
所谓经典认知就是决定论。爱因斯坦坚信掌握了事物的运行规律,就可以给出确定的描述,所以他认为量子力学的不确定描述是不完整的。爱因斯坦不喜欢概率论,于是当天就用脑子设计了几个思维实验,企图打败当时以玻尔为首的哥本哈根学派。
玻尔和爱因斯坦在索尔维会议上的三次相遇,可以说是物理学史上的一段佳话。这两个相爱相杀的人把量子力学推向了物理学的巅峰。玻尔也在爱因斯坦的一次次交锋中走向神坛,成为量子力学的重要领导者。
在对抗中,爱因斯坦用他疯狂的大脑提出了各种精彩的“思想实验”,最后一个最重要的思想实验以论文的形式发表在《物理评论》上,其核心内容是描述量子纠缠的EPR佯谬。“纠缠”一词是薛定谔在看到爱因斯坦、波多斯基和罗森联合发表的论文后,在给爱因斯坦的信中首次提出的。
EPR佯谬所描述的“量子纠缠”现象,是一个看似虚无缥缈的幽灵,从来没有被世人观察到,只是在当时刚刚构建的量子力学基础上阐述,由爱因斯坦81脑回路疯狂运算炮制出来的。
一对神奇的粒子无论距离远近,完全分离后仍能有神秘的联系,这在爱因斯坦看来是不合理的,违背了相对论的超光速极限。他用这个核心论点反驳了量子力学中不确定性描述的荒谬性。玻尔看了爱因斯坦的论文后,最初认为不可能存在这样的现象,于是闭门查爱因斯坦论文的漏洞,试图从逻辑上和操作上推翻爱因斯坦的推论。
但是,玻尔这次没有发现爱因斯坦的任何错误,最后却给了爱因斯坦一个完全相反的答案。玻尔抛弃经典认知,选择相信数学和逻辑推理,认为量子纠缠是可能的。
一场历史和诗歌的大戏,以一个否定和一个肯定的答案收场。当时的科研实力还无法判断爱因斯坦和玻尔的最终答案,但两位大神去世后,物理学界通过实验给出了最终的检验结果:量子纠缠确实存在。
量子纠缠已经成为一种纯粹的微观现象,这种现象源于量子系统的不可分性,即当几个粒子相互作用时,粒子所具有的特性可能会纠缠成一个整体,每个粒子的性质已经不能单独描述,只能描述整个系统的性质。
为什么会这样?没有公认的答案。量子力学的学者大多对这个问题睁一只眼闭一只眼,因为他们无法给出合理的答案。唯一能解释清楚的超弦理论涉及高维空间,无法验证。
弦理论基于高维空间的概念,将量子纠缠解释为粒子在高维空间中的三维投影,即纠缠的粒子实际上在高维空间中,只有一个,只是被投影到不同的三维空间位置。只是这种高维空间只存在于普朗克尺度以下。
以上是数学家在超弦理论中构建的高维空间模型,也称为卡拉比丘成桐空间,有六个维度。
在超弦理论的理解中,这六个维度蜷缩在我们四维宇宙的普朗克尺度下,相当于我们世界的一个六维伴宇宙。
量子的各种奇怪现象都可以在高维空间中得到解释。但是,大多数人认为弦理论只是一个很奇妙的理论,却不是一个可信的理论。数学推导出来的高维空间可能只是一个无法通过实验验证的假设理论,再美妙的东西也可能只是一个美好虚幻的梦。弦理论预言的超粒子从未被发现,“宇宙之弦”拨动了太多人的心弦,但至今没有留下任何物理证据。
因此,起源于弦理论的超弦理论和M理论逐渐成为物理学研究中的禁忌。无论多么有才的弦论者,激进的革命,动人的宣传,都抵挡不住现实的打击。科学史上确实有很多曾经看起来那么美好的错误观念。
不管对错,弦理论最大的败笔是过早触及宇宙本质,而科学是一个渐进的知识获取系统。
最后,最后,再次回答题主的问题。量子纠缠粒子之所以可以忽略距离而相互诱导,是因为在弦理论的解释下,三维空间中的距离在高维空间中是不存在的。我们看到的只是两个或更多我们能看到的粒子。在高维空间中,它只是一个粒子。对此除了弦理论没有其他解释,但至少量子纠缠不涉及信息的传递和能量的参与。
答:纠缠粒子对之间的距离相互作用本身并不传递能量或有效信息。至于量子纠缠更深层的机制,在科学上还是个谜。
量子力学的正统解释可以很好地描述量子纠缠的规律;科学就是这样,可以通过数学的方法来描述物质发展的规律。至于更深层的机制,科学未必能揭示。
比如万有引力定律可以很好地描述弱场中的引力作用,但不能揭示引力的本质;再比如,我们知道测不准原理的确切公式,却不了解测不准原理更深层的机理。
量子力学描述两个处于纠缠态的粒子,无论相距多远,本质上都是一个整体,用同一个波函数描述;一旦我们测量了它,波函数就会坍缩成两个量子态。这种坍塌过程是同时发生的,与距离无关,坍塌结果是随机的,因此无法传递有效信息。
其中提到的“有效信息”可能有些读者难以理解。假设A有某条信息A要传输给B,那么信息A就是有效信息。无论A如何将这个信息传递给B,都意味着信息传递成功。
在量子纠缠中,无论你用什么方法,都不能利用距离的作用来传递有效信息,因为在量子纠缠中,波函数的坍缩结果是随机的。
但是,纠缠粒子的随机坍缩结果具有一定的相关性,我们可以利用这种相关性作为信息传递的密钥。这就是量子通信的原理。加密信息只能通过传统通信方式传输,随机密钥可以通过量子纠缠传输,所以有效信息的传输速度依赖于传统通信,所以不能超过光速。
目前,科学家可以准确预测量子纠缠的所有结果以及结果的可能性,但更深层次的机制并不清楚,也许不是我们这个时代的物理学所能解释的。