科学|量子世界的十大真理
北京联盟_原题是：量子世界的十大真理
【科学|量子世界的十大真理】人们从发现主宰电、磁和光线的宏观经典物理定律在微小的亚原子尺度不再适用以来 ， 一个全新的世界图像正在被人们慢慢接受 。量子世界的图像比绝大多数人 ， 即使是那些专家认为的都要更丰富、更包罗万象 。所以在这里我们将为你列举量子力学本质的十个事实 。可能会让你重新审视你对我们这个世界的最小尺度的看法 。
1.一切都是量子 。
并不是说有些东西是量子的而有些不是 ， 而是说所有的东西都遵循同样的量子力学定律——只不过量子效应在比较大的物体上很难被观察到而已 。这就是为什么量子力学在理论物理学发展史上出现的如此晚：直到物理学家不得不解释为什么电子可以在原子核周围的壳上待着 ， 量子力学才作为精确预测的理论闪亮登场 。
文章图片
文章图片
图解:元素镥-177能级差异 。注意 ， 只有特定的、离散的能级是被允许的 。图源:M.S. Litz and G. Merkel
2.量子化并不一定意味着离散化 。
根据定义 ， “量子”是离散的基本块 。但并不是微观尺度上的所有东西都是离散和不可分割的 。电磁波是由叫做“光子”的粒子组成 ， 所以波可以被认为是离散的 。原子核外的电子壳层只能有特定的离散半径（因此也是核外电子离散的） 。但即使在量子物理中 ， 其它粒子的属性也不见得总是会变得离散 。例如 ， 电子在金属的导带中的位置就不是离散的——电子可以连续地占据导带中的任何位置 。再比如 ， （组成电磁波的）光子的能量值也不是离散的 。同样的 ， 量子引力（如果我们最终成功理解了它的话）也不意味着时间和空间就必须要是离散的 。（不过 ， 另一方面来说 ， 它们可能是的）
3.纠缠和叠加不一样 。
量子叠加态是指一个量子系统可以在同一时间处于两个不同的状态 。不过一旦测量 ， 我们总是得到两者之一的特定的状态 ， 而不是叠加态 。另一方面 ， 纠缠指的是一个系统的两个或者多个态之间的量子关联 ， 完全不同的东西 。叠加与否不是绝对的 。一个状态是否是叠加态取决与你想测量到什么 。比如说 ， 一个状态可以是一个不同位置的叠加态 ， 同时却不能是不同动量的叠加态 。所以叠加这个概念是模棱两可的 。但纠缠与否却是绝对的 ， 它是一个系统的固有属性 ， 并且是目前来说测量一个系统的量子特性的最好手段 。(更多信息 ， 请阅读“纠缠和叠加之间的区别是什么?”)
文章图片
文章图片
分束器 ， 一种产生纠缠光子的机制 。图源：wikimedia 。
4.没有令人悚然的超距作用 。
量子力学中没有任何地方曾说过信息传递可以非局域 ， 可以从一个地方消失又从另一个地方冒出来 。纠缠本身的确是非局域的 ， 但并没有什么用 。它只是一种无法非局域传递信息的关联作用 。有些研究把两个纠缠的光子相隔很远的距离 ， 然后测量其中一个光子的自旋 。这时候并没有任何信息会以光速更快的速度传递 。实际上 ， 如果你试图把两个观测者的结果拿到一起来比较 ， 那么信息只能在光速的极限下传播 ， 不能更快！在量子力学的早期 ， 什么是“信息”曾经引起过巨大的困扰 。但是今天我们知道量子力学可以完美地兼容爱因斯坦的狭义相对论了 。也就是说 ， 信息的传递速度不能比光速传播得更快 。
文章图片
推荐阅读
- 科学|金属所在极细多晶体铜中发现一种新型亚稳固态-受限晶体结构
- 科学,Spacex|美“太空班车”正式启航！SpaceX载人“龙”飞船顺利升空
- 行业互联网|1.5亿元重奖50位青年科学家！可做科研也可还房贷
- 科学,Spacex|【SpaceX今日首次正式发射载人飞船，送四名宇航员进空间站】
- 科学|中科院和代尔夫特理工大学开发新方法 预测钠离子电池原子结构
- 白石崖|我国科学家研究揭示 丹尼索瓦人曾长期生活在青藏高原
- 科学|科学奇闻，有生之年，人类有可能会经历的宇宙大事件
- 大地量子TerraQuanta|中国已建成70万5G基站、俄将投巨资建“球体”卫星系统...
- 浙江经视新闻|倒计时10天，一图读懂“世界互联网大会·互联网发展论坛”
- 科学|澳洲母牛开始吃蛇，专家称缺乏营养，是真的吗？这预示着什么？