在我們熟悉的世界里,“光速不可超越” 是鐵律。
無論是汽車奔馳、火箭升空,還是電波傳遞信號(hào),都逃不出每秒 30 萬公里的光速限制 —— 這是愛因斯坦相對(duì)論為宇宙劃定的 “速度天花板”。
但在微觀量子世界,有一種現(xiàn)象卻打破了這份 “常識(shí)”:兩個(gè)相互糾纏的量子,無論相隔多遠(yuǎn),哪怕跨越億萬光年,一個(gè)量子的狀態(tài)發(fā)生改變,另一個(gè)會(huì)瞬間 “感應(yīng)” 并做出對(duì)應(yīng)變化,這種 “超光速聯(lián)動(dòng)”,就是讓科學(xué)家既著迷又困惑的 “量子糾纏”。
要理解量子糾纏的顛覆性,得先搞懂 “糾纏” 的本質(zhì)。量子是構(gòu)成物質(zhì)的最小單元,比如電子、光子等。當(dāng)兩個(gè)量子通過某種方式(如激光照射特殊晶體)相互作用后,它們就會(huì)失去 “獨(dú)立性”,形成一個(gè)不可分割的整體 —— 即便被分開到宇宙的兩端,它們的量子狀態(tài)依然緊密關(guān)聯(lián),仿佛共享著同一個(gè) “命運(yùn)”。
更令人震驚的是,這種關(guān)聯(lián)的傳遞速度遠(yuǎn)超光速。2015 年,荷蘭代爾夫特理工大學(xué)的科學(xué)家做了一項(xiàng)關(guān)鍵實(shí)驗(yàn):他們將兩個(gè)糾纏的光子分別發(fā)送到相距 1.3 公里的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室,當(dāng)檢測(cè)其中一個(gè)光子的偏振狀態(tài)時(shí),另一個(gè)光子的偏振狀態(tài)會(huì)瞬間呈現(xiàn)出對(duì)應(yīng)的結(jié)果,兩者的反應(yīng)時(shí)間差小于 10 的負(fù) 13 次方秒。按照這個(gè)速度推算,若兩個(gè)糾纏量子相隔 1 光年,它們的 “聯(lián)動(dòng)” 時(shí)間也不會(huì)超過 1 秒,而光走完 1 光年需要整整 9.46 萬億公里,耗時(shí)約 1 年。這意味著,量子糾纏的 “信號(hào)傳遞” 速度,至少是光速的 1 萬倍以上。
這一現(xiàn)象為何會(huì)顛覆人類三觀?因?yàn)樗苯犹魬?zhàn)了我們對(duì) “因果關(guān)系” 和 “空間距離” 的認(rèn)知。
在經(jīng)典物理中,任何信息的傳遞都需要時(shí)間,原因必須先于結(jié)果發(fā)生 —— 比如我們看到太陽發(fā)光,是 8 分鐘前的陽光傳到地球;宇航員在月球上說話,信號(hào)傳回地球需要 1.3 秒。但量子糾纏卻打破了這種 “時(shí)間差”,兩個(gè)相隔遙遠(yuǎn)的量子仿佛 “無視距離”,同步完成狀態(tài)變化,就像宇宙中存在一條 “隱形的高速公路”,讓它們繞過了光速的限制。
不過,這里有一個(gè)關(guān)鍵前提:量子糾纏不能傳遞 “有用信息”。
雖然兩個(gè)量子的狀態(tài)會(huì)瞬間聯(lián)動(dòng),但這種聯(lián)動(dòng)是隨機(jī)的 —— 我們無法預(yù)先設(shè)定其中一個(gè)量子的狀態(tài),來控制另一個(gè)量子呈現(xiàn)出特定結(jié)果。就像兩個(gè)人手里各拿一個(gè)隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的骰子,無論相隔多遠(yuǎn),只要其中一個(gè)骰子停下時(shí)是 “6 點(diǎn)”,另一個(gè)必然也是 “6 點(diǎn)”,但我們無法通過操控其中一個(gè)骰子,讓另一個(gè)骰子按照我們的意愿停下。這就意味著,量子糾纏并沒有違背相對(duì)論的核心 ——“光速是信息傳遞的最大速度”,它只是展現(xiàn)了量子世界一種全新的、超越經(jīng)典認(rèn)知的關(guān)聯(lián)方式。
量子糾纏的發(fā)現(xiàn),也讓人類對(duì) “現(xiàn)實(shí)” 的理解變得更加復(fù)雜。
愛因斯坦曾將其稱為 “鬼魅般的超距作用”,因?yàn)樗c我們?nèi)粘I钪械慕?jīng)驗(yàn)完全相悖 —— 在宏觀世界里,兩個(gè)物體一旦分開,就不會(huì)再產(chǎn)生這種 “瞬間感應(yīng)”;但在微觀世界,量子的行為卻遵循著截然不同的規(guī)則。
如今,科學(xué)家們已經(jīng)通過無數(shù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了量子糾纏的真實(shí)性,并且開始利用它發(fā)展前沿技術(shù):比如量子通信,利用糾纏量子的不可分割性,打造出理論上無法被破解的保密通信系統(tǒng);再比如量子計(jì)算,通過糾纏量子的并行處理能力,讓計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)提升。
從 “光速不可超越” 到 “量子糾纏超光速聯(lián)動(dòng)”,人類對(duì)宇宙的認(rèn)知一直在被顛覆和重塑。量子糾纏就像一扇窗戶,讓我們看到了宇宙深處隱藏的、與宏觀世界截然不同的運(yùn)行規(guī)律 —— 它提醒我們,在浩瀚的宇宙面前,人類的常識(shí)或許只是冰山一角,而那些 “顛覆三觀” 的現(xiàn)象,恰恰是探索未知的開始。
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