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量子糾纏的能量從哪裡來?為何它們能超光速影響彼此?

  • 由 小彭來給您解惑 發表于 動作武俠
  • 2022-10-12
簡介我們都知道量子力學裡面有個神奇的現象:量子糾纏,說的是兩個微觀粒子如果處於糾纏態,那麼只要我們人類對其中一個粒子做了觀察,那麼被觀察的粒子會瞬間影響到另外一個遠方的糾纏態粒子,這個影響的速度由於是瞬時完成,所以說這是一種超光速的作用

任意粒子都有量子糾纏嗎

我們都知道量子力學裡面有個神奇的現象:量子糾纏,說的是兩個微觀粒子如果處於糾纏態,那麼只要我們人類對其中一個粒子做了觀察,那麼被觀察的粒子會瞬間影響到另外一個遠方的糾纏態粒子,這個影響的速度由於是瞬時完成,所以說這是一種超光速的作用。但是整個糾纏過程的能量從哪裡來的?為什麼它們能夠超光速彼此相互作用?今天我來說說這個問題。

量子糾纏的能量從哪裡來?為何它們能超光速影響彼此?

首先處於糾纏態的兩個粒子能量來源於啥,根據愛因斯坦的質能方程E=M*C*C,即使損失一點點質量也會產生出巨大的能量。但是科學家們做了實驗發現,糾纏前後兩個微觀粒子的質量並沒有虧損,也就是說是質量守恆,那麼就可以斷言:糾纏態的微觀粒子能量絕對不是來源於質量虧損。

但是為了維持糾纏態,總得需要一些能量要給予支援吧,就好像我們舉起一個石頭讓它空中靜止,雖然石頭本身處於靜止狀態,但是我們人體是要不斷消耗能量才能維持這個動作,如果做一件事情居然不消耗任何能量,那豈非怪事?

量子糾纏的能量從哪裡來?為何它們能超光速影響彼此?

所以為了探尋糾纏態的能量來源,我們不得不去研究糾纏態的本質到底是什麼?其實糾纏態的本質是來源於對微觀粒子的運動描述,我在前面寫了20多篇關於微觀粒子應該如何描述的文章,其中有一個核心點就是“疊加態”不知道大家還記得不?

什麼叫“疊加態”?其實就是說一個微觀粒子可以同時處於“多個位置”,就好像一個微觀粒子有無數個“分身”,每個分身都霸佔著一定的空間位置,直到你觀察的一瞬間才從“疊加態”變回“固定態”。所以整個過程可以描述成:觀察前微觀粒子有無數分身,觀察瞬間微觀粒子只有一個分身,觀察後微觀粒子又具有無數個分身。那麼人的“觀察”就影響到了微觀粒子的客觀演化程序?這是非常不可思議的。我們可以簡單做一個模擬場景,假設此時我突然向遠方打出一個微觀粒子,那麼微觀粒子會如何運動呢?

可能普通人會這樣想,我只要知道微觀粒子的初速度、微觀粒子質量,所處的場強度等資訊,就可以用牛頓第二定律計算出微觀粒子將來任意一個時刻的狀態。可惜我要告訴你的是這是錯誤的,因為微觀粒子打出的一瞬間,馬上就處於位置的疊加態了,也就是如下圖所示。

量子糾纏的能量從哪裡來?為何它們能超光速影響彼此?

可以看出微觀粒子整體雖然是再朝向右邊前進,但是其實在某一個區域性範圍內,微觀粒子一直是處於“任意位置”,下面的藍色影象就是薛定諤方程解出的“波函式”,關於這個“波函式”我前面寫了很多文章來介紹,這裡我再簡單說下含義,其實這個波函式的肥瘦程度就決定了微觀粒子出現在該位置的機率,大家看上面的波函式在中間位置最肥,說明微觀粒子當前處於這個位置的機率最大,其中兩端很瘦,說明微觀粒子出現在這個地方機率很小,其餘地方沒有波函式的存在,說明微觀粒子當前絕對不會出現在這些地方。

量子糾纏的能量從哪裡來?為何它們能超光速影響彼此?

透過以上分析我們可以看出,其實微觀粒子的運動目前我們只能用“波函式”來描述,那麼為什麼這個疊加態會帶來量子糾纏呢?因為量子糾纏的核心在於瞬間作用,對一個粒子的觀察會瞬間影響到另外一個粒子。那麼我們看疊加態是否也具有這個“瞬時作用”的特性,當我未觀察微觀粒子時,微觀粒子可以處於A、B、C、D、E五個位置的疊加態,但是觀察的一瞬間假設我們發現微觀粒子出現在C處,那麼C出現的機率就是100%,其餘地方A、B、D、E出現的機率瞬間變為0。也就是說對C處的觀察瞬間影響到了A、B、D、E這四個位置,大家是否已經隱隱聞到了“糾纏態”的味道了。

量子糾纏的能量從哪裡來?為何它們能超光速影響彼此?

透過以上分析我們可以看出,如果我們把A、B、C、D、E五個位置獨立來看,的確對C的測量會瞬間影響到A、B、D、E,這個瞬間作用肯定是超光速的。但是如果我們換一種思維方式,假設A、B、C、D、E本身就是一個整體,那麼其實也就不存在超光速這一說了,因為整個整體服從薛定諤方程的波函式,任何單獨分裂開看的行為都破壞了薛定諤方程的“完整性”。

量子糾纏的能量從哪裡來?為何它們能超光速影響彼此?

所以回到最開始我們談到的問題,為啥兩個處於糾纏態的粒子可以無視距離直接瞬間相互作用?因為他們兩個粒子本身就是一個不可分割的整體,它們都遵循同一個波函式來描述,自己和自己做資訊傳遞就不能用“超光速”來描述了。這也就是為什麼兩個糾纏態粒子可以不需要任何能量的維持,也不需要做質量虧損來提供能量,因為他們本身就是“一家人”。我是小彭來給您解惑,大家如果喜歡我的文章可以關注我,如果對文章有異議可以留言評論。

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