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為什麼量子力學和相對論存在矛盾,而量子糾纏與相對論卻屬實正常

量子糾纏之所以一直以來都受到各種非議,就是因為量子糾纏有一種鬼魅般的超距作用,這似乎和相對論是矛盾的,因為相對論不允許任何物質的速度超過光速。即便是愛因斯坦,在開始的時候都不贊同量子糾纏,他就是通過提出EPR繆樣(量子糾纏的起源)來反對量子力學的。但是,後續的實驗卻都證明了量子力學確實是微觀粒子世界運行的基本規律,整個粒子世界都是概率和不確定的。愛因斯坦討厭這些,他認為上帝不會掙骰子,但是卻又不得不承認量子力學確實能夠描述微觀世界,承認量子力學在物理學中的地位。而後續的科學家們,也慢慢把量子力學完備了起來,成為了現代物理學的兩大支柱之一(另外一個是相對論)。

而量子糾纏作為量子力學裡面的一個現象,自然而然是客觀存在的,正確的。而目前,人們早已經實現了糾纏態量子的製備,特別是我國的潘建偉院士,不僅實現了超遠距離的量子糾纏分發,還首次製備了6個光子3個自由度的多粒子糾纏態製備。這些實驗結果切切實實地證明量子糾纏不僅僅是理論預言,而是確確實實存在的客觀事實。

那麼為什麼量子糾纏可以看似超光速而違反相對論呢?我想可以從兩個方面了解釋:

1.量子糾纏,兩個量子之間並沒有信息傳遞,它們是一個整體,這樣也就並不違反相對論。

兩個糾纏態的粒子,只能用一個狀態函數描述它們整體的狀態,而不能去分別描述單個粒子。就是說,一旦兩個粒子糾纏,這兩個粒子就失去了自身原來的各自屬性,合二為一的變成了一個統一的整體。只有我們在觀測它們的時候,把它們的糾纏態破壞掉,它們才會恢復自由狀態,重新擁有各自的特徵屬性。

但是問題就出在這個恢復各自狀態的過程中:糾纏態粒子各自恢復自己的狀態時,是隨機恢復的,並不是原來是咋樣恢復後還是咋樣。比如兩個光子,一個自旋上,一個下。如果糾纏後,這兩個光子就沒有了自身的自旋態,而是統一到了一個整體的自旋態上。當糾纏態被打破時,這兩個光子隨機的獲取自旋為上的量子態或自旋為下的量子態,完全是一個概率問題,是「上帝在爭骰子決定那個光子獲得自旋為上的狀態,那個獲得為下的狀態」。當然,這也就是量子力學的本質,一切都是隨機的、概率的。

所以,在糾纏態打破時,粒子這樣隨機的獲取量子態,更本就沒有傳遞信息。也就無從說量子糾纏超越了光速,超越了時空。

2.量子力學和相對論本來就有矛盾,量子糾纏看似違法相對論也屬實正常。

本來量子力學和相對論就有矛盾,量子力學認為一切力都是粒子交換的結果,而相對論則認為引力是時空扭曲的結果。更進一步,相對論和量子力學在四種力的統一和形成問題上,存在了本質矛盾。所以,雖然目前相對論和量子力學都是正確的,但是總有一天會發現二者之一必有一個具有一定的局限性,或許它們都是某個更為高級理論的近似結果,就像牛頓經典力學只是相對論某些情況下的近似。

所以,量子糾纏在目前來看,似乎和相對論矛盾。但是,在更高一級理論來看,卻是統一的。因為更高一級理論,完全研究透徹了量子糾纏的基本原理,徹底修補了相對論和量子力學的缺陷,使它們有機地融合在了一起。


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