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大衛(wèi)談科技 2022年6月10日10:25 福建 世界上真有幽靈？ 神奇的世界是否真實存在？ 宇宙中是否存在著某種神奇的力量，能把人與動物都控制在一定范圍內(nèi)呢？黑洞是什么樣子的？宇宙中有沒有生命？外星人到底來自哪里？黑洞究竟有多大？ 平行宇宙果真只有科幻才有嗎？
這幾個問題聽上去太不地道了，但是當(dāng)你看到今天的敘述時，也許你會對它們有一個新的理解。 
光既是粒子，又是波
假如世界上存在終極的東西，那么它必然就是光明。
光的存在形成了我們五彩的天地，光明就是一切生命之望，光速就是宇宙運動之限。
關(guān)于光的本質(zhì)研究始于幾百年前。 光線到底為何物，他為何瞬間就可以填滿空間？ 這些問題一直都困擾著科學(xué)家們。直到牛頓和萊布尼茲發(fā)現(xiàn)了引力波，才使得人們對光和熱有了更加深刻的了解。 1678年時科學(xué)界對光線的理解已分為兩大學(xué)派。
一派以牛頓等人的“光粒說”認(rèn)為光是由光源沿著直線飛散并彌漫于空間的微粒流。
 而另外一派代表人物惠更斯認(rèn)為微粒流這一論斷，完全不能解釋光線的衍射，因此堅持光線作為波動存在，如同水波，它在波動中傳播。
那時候，兩大學(xué)派紛爭不斷、各說其理，無非是因為牛頓已成為物流學(xué)的頂尖存在而較多人站到牛頓一邊。
但不久這一現(xiàn)象又有了新的變化，19世紀(jì)初葉出現(xiàn)了全能科學(xué)家，他以簡單的試驗使波動說占盡優(yōu)勢。
這位名叫托馬斯楊的全能科學(xué)家，在十多個領(lǐng)域里都通曉科學(xué)，同時也是位非常善于表演雜技的博士。
為驗證光是微粒傳播的還是波動傳播的，托馬斯楊（Thomas Yourier）設(shè)計了一個“楊氏雙縫干涉”實驗。
實驗很簡單，他首先在小孔處設(shè)計光源，再使光源通過兩條平行縫隙最終投影在平面。
本實驗若光線投射出的影像為兩條線，則證明光線如發(fā)射的子彈般直線傳播。 當(dāng)我們把光線投射到一個圓形平面上，發(fā)現(xiàn)它呈現(xiàn)一條橢圓形的圖案時，說明這條光線是沿著橢圓方向發(fā)射出來的；如果將其投影到另一圓形平面上，則會出現(xiàn)陰影。 但是若圖像表現(xiàn)為斑馬線狀，則證明光通過兩間隙時波動傳播。
由于只有波動傳播才會使波峰迭加、波谷相抵而產(chǎn)生強(qiáng)度不一的光線并由此投影斑馬線。
托馬斯楊在實驗中發(fā)現(xiàn)影像投射一條斑馬線以確認(rèn)光的波動傳播。
事實上，惠更斯波動流與牛頓微粒流并無不妥之處，由于光線本身既有波動又有顆粒，所以他既滿足了這兩個性質(zhì)，即光線的“波粒二象性”。
然而，楊氏雙縫干涉實驗并未到此為止，此后一百年間科學(xué)家對該實驗又做過幾次改良，同時也發(fā)現(xiàn)了另外一種怪現(xiàn)象。
有一次科學(xué)家們將光源的強(qiáng)度降得很低，要求光源每次射出光子來。 當(dāng)它被反射回來時，又會再次發(fā)出一個光子。這樣多次循環(huán)，直到光源熄滅為止。這就是光的衍射現(xiàn)象。光的衍射是不可能發(fā)生的。因為沒有光線。 這情形像機(jī)槍點射一樣，其中光粒與光粒間沒有干涉。
按理，不發(fā)生干涉后光子只能通過兩個間隙之一，所呈現(xiàn)出的應(yīng)是兩條線。 這條直線到底是不是一條直線，一直是科學(xué)家們爭論的焦點之一。他們認(rèn)為：如果光不存在干涉，那也不會出現(xiàn)這樣的結(jié)果了。于是，人們就開始進(jìn)行各種嘗試來驗證這一理論。 可奇跡發(fā)生了，這實驗所得，還是一幅帶有干涉條紋的畫面，這到底是怎么一回事？
科學(xué)家為研究這個問題又做了許多試驗，但最終在科學(xué)界引起一場大亂斗。
 科學(xué)界亂戰(zhàn)不斷
光線究竟是怎樣擴(kuò)散的？ 科學(xué)家認(rèn)為，光在地球上可以傳播到很遠(yuǎn)的地方，但如果不經(jīng)過太陽的話，它就無法到達(dá)我們身邊。那么，為什么太陽會有這種能力呢？ 科學(xué)家們?yōu)橛^測這一事實進(jìn)行過無數(shù)次試驗，但最終在科學(xué)界掀起一場大亂斗。
為探究光粒為什么能不發(fā)生干涉而形成干涉條紋，科學(xué)家決定在雙縫板正面設(shè)置攝像頭，利用攝像頭來觀測光線到底是怎么發(fā)生干涉。
不久這一試驗的結(jié)果便顯現(xiàn)出來，那些光粒都是按部就班的通過雙縫后落在面板上的。
原本這一成果一出，一切都結(jié)束了。 我想，這可能是因為斑馬線上的文字和圖形太多，所以我們看到的東西都不一樣吧？其實斑馬線上面并沒有什么特別的符號或者圖案。這是一種自然現(xiàn)象。 可奇跡發(fā)生了，本來斑馬線上的條紋圖案一下子變成兩根豎杠。
你知道嗎，在整個實驗中除了裝個攝像頭拍什么都沒變化，最后圖案怎么變？ 這是因為在這個實驗中使用了一種叫做“熱轉(zhuǎn)印”的技術(shù)。在這個技術(shù)下，人們可以將自己想要復(fù)制的物體轉(zhuǎn)移到另一載體上。但是這種方式到底是怎么回事呢？ 為弄清這一問題科學(xué)家又重復(fù)做過無數(shù)次實驗，終于得出令人目瞪口呆的結(jié)論。
每當(dāng)相機(jī)打開時光子是以粒子形式直線發(fā)射出去，相機(jī)閉合時光子則表現(xiàn)為波動。
這一結(jié)論完全推翻了科學(xué)家的"三觀",因為他們好像是說光線是以何種方式擴(kuò)散的，就看你是否窺視過光線。
假如你拿著相機(jī)窺視的話，會沿直線擴(kuò)散，假如你不窺視的話，他會以波的形式擴(kuò)散。
 但是，它并不是科學(xué)家們最為頭痛的問題。
1979年時，美國科學(xué)家惠勒還進(jìn)行過升級版雙縫實驗——這次把攝像機(jī)置于雙縫板背后，并設(shè)計成粒子通過雙縫板后暫時決定要不要打開。
惠勒本來以為粒子通過雙縫后又突然打開攝像機(jī)使得光粒子也許來不及改變傳播方式。 但是在這個過程中，他發(fā)現(xiàn)了一種新現(xiàn)象：如果把兩個不同方向上傳播的光粒子合并成一個光球，那么光線可以以更高的速度向四面八方發(fā)散。 可是，這一試驗結(jié)果卻又一次使科學(xué)家們蒙了圈。
由于只要打開攝像機(jī)，即使粒子落入屏幕的瞬間，其傳播方式就會隨之改變。 當(dāng)粒子落在一個平面上時，它的傳播路徑就不再一樣了——從圖像中消失；而當(dāng)粒子落在另一空間時，則完全不同。 科學(xué)家對這一發(fā)現(xiàn)給出了2種可能。
一是光子可以預(yù)知將來，當(dāng)它被發(fā)射時，它已知道攝像頭會不會打開。
二是光子具有光速以上的反應(yīng)能力可以瞬間改變選擇。
這兩個結(jié)論很令人難以置信，將來是否能夠決定當(dāng)下？ 世界是否有超過光速？ 人類是否真的有能力改變這個世界呢？宇宙中究竟發(fā)生了什么事？宇宙間存在著怎樣一種力量在主宰著我們的生活？我們又該如何面對這種變化呢？我們將何去何從呢？ 科學(xué)家這時的腦袋大得像打架的一樣。
 恰在此時，科學(xué)家一個個有關(guān)的試驗，加入了這場論戰(zhàn)。
本實驗是關(guān)于量子糾纏的研究，當(dāng)光粒子發(fā)出時，期間經(jīng)過一BBO晶體而形成一對孿生糾纏光子，其能量被減半。
這個能量減半孿生糾纏光子很奇妙，在時間上遠(yuǎn)遠(yuǎn)相隔幾萬公尺，只需改變其中一方就能改變對方。
基于這一性質(zhì)，科學(xué)家們針對這2個光子設(shè)計出2條通路，1號光子通過縫隙直接投射在屏幕上，而2號光子的通路相對較長且需要經(jīng)過半反半透鏡。
該半反半透鏡以半數(shù)幾率反射二號光子和半數(shù)幾率透過二號光子。
這里有一件有趣的事，因為二號光子的路徑較長，當(dāng)二號光子尚未達(dá)到半反半透鏡時，一號光子已顯示于畫面。
因為兩光子之間存在著密切糾纏聯(lián)系，相當(dāng)于當(dāng)二號光子尚不清楚能否通過半反半透鏡時，一號光子便已清楚答案。
這正如二號光子尚未達(dá)到半反半透鏡時，它會了解到有人正在觀測并將這個結(jié)果通知一號使一號安心地顯示微?；虿▌咏Y(jié)果一樣。
本想對光子本質(zhì)進(jìn)行研究，卻發(fā)現(xiàn)了科學(xué)之外的一切，為了這個發(fā)現(xiàn)，愛因斯坦很是糾結(jié)，它也成了困擾自己后半輩子的一個幽靈。
 愛因斯坦的幽靈
用量子糾纏的方法對光的性質(zhì)進(jìn)行了研究，原來光竟能透過未來而影響當(dāng)下，到底是怎么實現(xiàn)的？ 量子糾纏是量子力學(xué)中一個非常有趣的概念。當(dāng)兩個原子或分子處于一種非經(jīng)典狀態(tài)時，它們之間會存在著某種不可見而又不可探測的關(guān)系，即所謂的量子態(tài)。 其中有何奇效？
對于量子糾纏問題，大科學(xué)家波爾曾做過一個概述。 他說：我們所生活的這個時代已經(jīng)進(jìn)入一個量子化的世紀(jì)——這就是量子物理學(xué)誕生以來最重大的一次革命！他認(rèn)為，量子化時代將導(dǎo)致人類社會發(fā)生一場新的變革。 波爾認(rèn)為在量子世界里，一切事物（包括光子）都能時刻處在疊加之中，存在著多種可能性共存，正如光子同時是粒子和波一樣。
而事物疊加態(tài)又不可測，正因為如此，攝像頭打開和閉合時，才會出現(xiàn)不一樣的效果。
最為怪異之處在于，盡管量子世界中的所有東西都能疊加在一起而無法觀測到。
一旦開始出現(xiàn)觀察到這一行為時，疊加狀態(tài)將不復(fù)存在。 當(dāng)你想去看這個畫面時，它又重新出現(xiàn)了。你能感覺到這是一種什么情況嗎？它真的可以重復(fù)多次嗎？你知道它是怎么做的嗎？為什么會這樣？ 對此事怎么解釋？ 也許以薛定諤筆下的貓為例，它是最直觀的。 把貓，一瓶毒藥，放射性原子放進(jìn)箱子。
放射性原子衰變時機(jī)關(guān)觸發(fā)貓中毒。
開箱前放射性原子呈衰變與不衰變疊加狀，這時貓可死亡或存活。
只有當(dāng)我們開箱觀察時，才會知道貓是否已經(jīng)死亡或存活。
 波爾對于量子的詮釋是：量子領(lǐng)域存在著很大的不確定性使得許多審慎的科學(xué)家非常不同意。
例如愛因斯坦曾經(jīng)譏諷波爾：“上帝不會擲骰子”，但是波爾也不甘落后，他回答：“不要去命令上帝該怎么辦？”
隨后愛因斯坦與波爾各自率領(lǐng)十多位科學(xué)家進(jìn)行了氣勢磅礴的論戰(zhàn)，到場的十多位科學(xué)家中，有八成科學(xué)家榮獲諾貝爾獎，這可以說是人類科學(xué)界論戰(zhàn)的頂峰，也可以說是科學(xué)界華山論劍。
不久以后，另一個科學(xué)家就提出平行世界理論。 在他看來，自然界中存在著許多奇妙的現(xiàn)象。這些神奇的事物是如何形成和發(fā)展起來的呢？原來，它們與我們所生活的現(xiàn)實空間有著密切的關(guān)系。這就是物理規(guī)律。 例如薛定諤筆下的那只貓，在我們開箱之時，世界上便產(chǎn)生了一個平行世界——一些世界上的貓已經(jīng)死去，而另一些則仍然存在。
盡管這一看法也獲得巨大回響，愛因斯坦仍在量子糾纏之中。
后來愛因斯坦與許多科學(xué)家共同撰寫了一篇文章，他假定存在一個光粒子衰變分裂成1號和2號2個糾纏粒子后，要保證2個粒子總自旋等于零，則2個粒子轉(zhuǎn)動方向必然相反。
若將兩種粒子置于遠(yuǎn)方，如地球和太陽中各有一種粒子，它們是否會有這種糾纏？ 如果不可能的話，那為什么要將它們分離呢？這兩個粒子到底能不能分開呢？我們知道，當(dāng)兩束光相遇時，會有一束光穿過另一束光，并發(fā)生反射和折射。 此時我們對地球1號進(jìn)行了觀測，發(fā)現(xiàn)它往下看，而太陽的粒子應(yīng)該往上走。
假如我們不觀察地球1號，它也許在上升，而太陽2號則轉(zhuǎn)為下降。
這一信號傳遞完全同步，而且這一同步遠(yuǎn)超光速，就連人類也很難認(rèn)識的幽靈力量也不例外。
須知一旦出現(xiàn)超過光速時，這一空間就會全部塌縮下來，也許只有幽靈之力，才會出現(xiàn)這一現(xiàn)象。
本來愛因斯坦并不相信這股力量的存在，但是在1995年，一個華裔科學(xué)家進(jìn)行幽靈成像實驗來驗證量子糾纏確實存在以及令愛因斯坦難以理解的超距離作用確實存在。
直到今天，盡管量子糾纏還不能得到充分的解釋，但是它已被運用到科學(xué)領(lǐng)域中。
例如，我國自主開發(fā)的九章量子計算機(jī)是利用量子糾纏這一性質(zhì)進(jìn)行研究和開發(fā)的，這類計算機(jī)計算速度之快，已不能以計算機(jī)命名了。
例如同算一道題，超級計算機(jī)要六億年，九章量子計算機(jī)只用200秒鐘。
很難想象在量子領(lǐng)域得到廣泛運用后世界會有多么翻天覆地的改變。
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