简单说明量子安瓶是什么东西西

  因本人物理知识有限,在百度百科里看了“测不准原理”之后,还是一头雾水。我现在就想明白一点:到底是测不准,还是本身就是不确定。我偏向前者,测不准是技术有限或者说因人的构造受到限制。偏向后者的高人请给出不要深奥的解释或举例。谢谢!!!
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  本身就不确定
  楼上的朋友你说的太简单了。你说的本身就不确定是指的例如一枚硬币抛向空中,落在地面上是正面,还是背面,出现正面的几率是百分之五十,反面的可能性也占了百分之五十吗。这个例子在百度百科里有。我觉得这个例子不好,抛向空中的硬币,如果知道力度大小方向,风速等,每次落下是哪个方向应该是算的出来的啊。
  我只能简单的用我的理解来说,因为这不是我的专业,  本身就不确定,是因为波粒二重性,我们所说的粒子不但是粒子,它同时还是波,或许可以想象一个确定的粒子,但你能想象一个确定的波么?
楼主你不适合理解这个    不是不确定,和手段无关,因为物质本身就是这样的。动量和位置,只能确定一个,这是个物质的内在规律特点,可惜在宏观的世界中,我们不能用常识去理解他。就像你无法理解时间是相对的一样。如果硬要理解,就从数学上去理解。
  百度下:    为了预言一个粒子未来的位置和速度,人们必须能准确地测量它现在的位置和速度。显而易见的办法是将光照到这粒子上,一部分光波被此粒子散射开来,由此指明它的位置。然而,人们不可能将粒子的位置确定到比光的两个波峰之间距离更小的程度,所以必须用短波长的光来测量粒子的位置。现在,由普郎克的量子假设,人们不能用任意少的光的数量,至少要用一个光量子。这量子会扰动这粒子,并以一种不能预见的方式改变粒子的速度。而且,位置测量得越准确,所需的波长就越短,单独量子的能量就越大,这样粒子的速度就被扰动得越厉害。换言之,你对粒子的位置测量得越准确,你对速度的测量就越不准确,反之亦然。海森堡指出,粒子位置的不确定性乘上粒子质量再乘以速度的不确定性不能小于一个确定量——普郎克常数。并且,这个极限既不依赖于测量粒子位置和速度的方法,也不依赖于粒子的种类。海森堡不确定性原理是世界的一个基本的不可回避的性质。
  其实我觉得海森堡的解释容易引起一般人的误解,以为只要有了更好的测量手段就能确定一个粒子了,  我还是觉得波尔解释更不容易让人误会。波粒二重性啊,波怎么可能是确定的呢?
  推荐去看《寻找薛定谔的猫》,《量子物理史话》能下到电子书的
  不确定性真的有?
    《量子物理史话》还没看完,先答复峻舞涛 :你说的内容在我发帖之前就有看过,因为还不是很明白,所以发帖。希望的是看能否得到更容易理解的解释。我把我的问题缩减下,是否因为人的结构存在限制所以得出测不准原理。例如人只能通过接受到光子才可观察到事物等等原因。  
  好像应该叫不确定性原理 说测不准容易让人误解 让人以为好像是因为观察手段导致的测不准 其实应该是从数学推导出来的 而数学是我们这个宇宙的逻辑规则 所以是无论如何不能确定的
  @realwumin
10:50:10    因本人物理知识有限,在百度百科里看了“测不准原理”之后,还是一头雾水。我现在就想明白一点:到底是测不准,还是本身就是不确定。我偏向前者,测不准是技术有限或者说因人的构造受到限制。偏向后者的高人请给出不要深奥的解释或举例。谢谢!!!  -----------------------------  简而言之,量子力学不同于经典力学中的宏观低速状态, 它更多的是需要靠概率来推算, 而概率的特点就是不确定.   举个例子: 元素半衰期就是指放射性元素蜕变成其他元素达到一半的时间.  这次日本核泄漏引发抢盐的碘131半衰期约为8天, 就是说如果你有100克碘131, 等过了8天,就只剩下一半是碘131了,另一半已经变成别的元素了.  但是你不能指着某一个碘131的原子说它一定会在8天或16天的时间里变成其他元素,它也可能就在下一秒发生,也可能是在10年后发生. 但是能肯定的是篡从某一个时刻开始计算的话,所有的碘131会在8天的时间消失一半.  你看,用概率来描述是不是更准确呢.
  你越想测得准确,结果就越不准确。还有,如果你第一次看量子力学,没有觉得很荒谬,那么说明你根本没看懂。
  那个!医用物理学学过!还有个波立不相容原理!我物理菜了!帮不了楼主!来围观!
  :wallescai 简而言之,量子力学不同于经典力学中的宏观低速状态, 它更多的是需要靠概率来推算, 而概率的特点就是不确定.     举个例子: 元素半衰期就是指放射性元素蜕变成其他元素达到一半的时间.    这次日本核泄漏引发抢盐的碘131半衰期约为8天, 就是说如果你有100克碘131, 等过了8天,就只剩下一半是碘131了,另一半已经变成别的元素了.    但是你不能指着某一个碘131的原子说它一定会在8天或16天的时间里变成其他元素,它也可能就在下一秒发生,也可能是在10年后发生. 但是能肯定的是篡从某一个时刻开始计算的话,所有的碘131会在8天的时间消失一半.    你看,用概率来描述是不是更准确呢!  
概率的出现是因为对事物规律一只半解。还未知的规律不代表不存在,  所以我觉得测不准原理不成立。
  所谓测不准实际是指人为观测时对粒子的影响无法预计。要先了解以下几个基本概念:  1、粒子的状态,指多种基本物理量,包括动量、位置等,所谓测不准即是指基本粒子的动量、位置该两个量无法同时得到准确数据。  2、测量手段,一般时用粒子撞击粒子而得到相关数据。同理,此处需引入波粒二象性,所有的撞击粒子即是粒子,又是波,由于个人物理知识有限,只能从波的理论来解释该问题。以粒子波来确定粒子,如果波长较长,则只能知道被测量粒子所在的位置范围,无法准确定位。如用波长较段的波,则可以知道准确的位置,但同时将改变粒子的速度及方向。因此,无法在动量和位置之间准确同时得到两个数据。  3、波的性质,波的能量与频率成正比,因此,波长较长时虽然无法准确知道粒子的位置,但明显对粒子的速度影响较小。波长较短时,能够准确知道粒子的位置,但因为能量大,必然对粒子的速度影响较大,无法准确得知其速度。  4、量子力学的描述,一般运用波函数描述粒子的运动就是因为测量对粒子运动本身的影响造成的,因此,只能给出范围及概率,无法准确预测,一旦由微观混沌状态变为宏观决定状态时,波函数坍塌,则出现唯一解。其实和薛定谔猫的试验有所关联,具体如何出现坍塌,还有很多说法,本人智商有限很多不理解。另,还有另一种描述方式,就是矩阵式函数,其实本质也是一样的,是概率的表现。  其实很多时候不理解量子力学,本人是物理菜,以上只是个人看法,有错误的地方请高手指正。
    其实根据我个人的想法很简单,主要是有个关键点你们没有认识到,说不定海森堡和波尔也没认识到,那就是我常说的时间即空间即物质即能量即力。物质即能量因为有小爱同学质能互换公式很容易被大家理解,但其它几点能懂的人可能就不多了,因为没有现成的所谓“家”的理论。但如果你能懂,那么根据这条中空间即能量你轻易而举就能得出测不准原理:因为空间即能量,那么当你在确定其位置时不仅参与改变其结果,连你确定其位置也在消耗分解其能量,也就是说你在不同的位置是在不同量的分解其总能,其另一面表现形式---动量自然不会相同而值是变动的,因而测不准。
  我不是物理专业的,我的理解是当你企图去测量它的时候,就已经干扰了被测量的对象,导致测不准。特别是打算越精确的测量,干扰的就越厉害。
  作者:o0o0o
回复日期: 22:47:00    我不是物理专业的,我的理解是当你企图去测量它的时候,就已经干扰了被测量的对象,导致测不准。特别是打算越精确的测量,干扰的就越厉害  ===========================  这位童鞋的解释应该是最容易懂也是最接近标准答案的答案了吧
  测不准原理其实是一个常识性的东西,举个例子,你看到一个姑娘很可爱,但是追求她接触她长了以后,发现根本不是最初的那个样子,如果接触上二十年,你有会发现自己的配偶原来是这个样子的,人们往往终其一生也不能了解真正的自己是什么样子的人,而自己的配偶是什么样子的人  也就是说,哦我们感知到的世界的样子,而这个世界本来是的样子,之间永远有一条不可与与哦的鸿沟
  @realwumin
10:50:10  因本人物理知识有限,在百度百科里看了“测不准原理”之后,还是一头雾水。我现在就想明白一点:到底是测不准,还是本身就是不确定。我偏向前者,测不准是技术有限或者说因人的构造受到限制。偏向后者的高人请给出不要深奥的解释或举例。谢谢!!!   -----------------------------  本身不确定的,我坚信这点
  “关键就在这里!测量!”海森堡敲着自己的脑壳说,“我现在全明白了,问题就出在测量行为上面。一个矩形的长和宽都是定死的,你测量它的长的同时,其宽绝不会因此而改变,反之亦然。再来说经典的小球,你怎么测量它的位置呢?你必须得看到它,或者用某种仪器来探测它,不管怎样,你得用某种方法去接触它,不然你怎么知道它的位置呢?就拿‘看到’来说吧,你怎么能‘看到’一个小球的位置呢?总得有某个光子从光源出发,撞到这个球身上,然后反弹到你的眼睛里吧?关键是,一个经典小球是个庞然大物,光子撞到它就像蚂蚁撞到大象,对它的影响小得可以忽略不计,绝不会影响它的速度。正因为如此,我们大可以测量了它的位置之后,再从容地测量它的速度,其误差微不足道。   “但是,我们现在在谈论电子!它是如此地小而轻,以致于光子对它的撞击决不能忽略不计了。测量一个电子的位置?好,我们派遣一个光子去执行这个任务,它回来怎么报告呢?是的,我接触到了这个电子,但是它给我狠狠撞了一下后,飞到不知什么地方去了,它现在的速度我可什么都说不上来。看,为了测量它的位置,我们剧烈地改变了它的速度,也就是动量。我们没法同时既准确地知道一个电子的位置,同时又准确地了解它的动量。”
  上帝在投骰子。
  海森堡写道:“在位置被测定的一瞬,即当光子正被电子偏转时,电子的动量发生一个不连续的变化,因此,在确知电子位置的瞬间,关于它的动量我们就只能知道相应于其不连续变化的大小的程度。于是,位置测定得越准确,动量的测定就越不准确,反之亦然。  这段话是什么意思呢?  我们把“光子”换成“红兵乓球”,把“电子”换成“蓝兵乓球”。  把“被偏转”换成“被撞偏”。  好明白哟!  那可是海森堡的原话。  还有原话呢——“我现在全明白了,问题就出在测量行为上面。”  好直接的答案!  明白得很,就是“测不准”  本身确定不确定呢?还没到那一层呢!  能测准了再谈确定不确定的问题。  可“测不准呢”,所以没有本身不确定这个含义。  没那么玄!
  呵呵!本届诺贝尔物理学奖得主的实验,证明了测不准,就是没有考虑反弹效应的必然结果。而不是量子本身测不准。  所以,本人将“光子”、“电子”换成“红、蓝兵兵球”的解释,也被证明是正确的!  同时,也证明了,量子运动,是可以预测的。  只要你别用和它大小差不多的其他量子去测量它。  唉,多么浅显的道理。绕啊绕!
  不确定
  最简单的理解:在量子力学层次,人的观察已干扰粒子状态。在宏观世界中,人是以光子等手段观察物质,可以想一下,光子是一个乒乓球,我们观察物质,实际上是乒乓球撞到墙上,反射后撞到视网膜或其他科学仪器接收装置,乒乓球对墙几乎没有什么影响,所以宏观世界在我们观察中是确定的。  而微观世界则不到,你可以想像一个乒乓球去撞另一个相当于乒乓球的东西,再反射回来,你接收到,这时被观察的对象,比如一个电子,它的运动状态就已经改变,所经你确定位置,那么速度就已改变,对你来说不可知。  在量子层次,人类观察手段已干扰微观运动状态,你已是一个参与者,而不是一个公正的观察者,测不准原理就是这种无奈情况的妥协描述!
  测不准在最初提出时是测量不准的意思,不过不是现在测不准,而是永远测不准。后来随着实验和理论的发展,"测不准"逐渐被"不确定"所取代。就是说,实际上本来就是不确定的。一个粒子同时存在无数个位置和速度,我们观测等于从中随机抽取。  
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  @realwumin
10:02:00  @wallescai 简而言之,量子力学不同于经典力学中的宏观低速状态, 它更多的是需要靠概率来推算, 而概率的特点就是不确定.   举个例子: 元素半衰期就是指放射性元素蜕变成其他元素达到一半的时间.  这次日本核泄漏引发抢盐的碘131半衰期约为8天, 就是说如果你有100克碘131, 等过了8天,就只剩下一半是碘131了,另一半已经变成别的元素了.  但是你不能指着某一个碘131的原子说它一定会在8天或16天的时间里变成其他元素,它也可能就在下一秒发生,也可能是在10年后发生. 但是能肯定的是篡从某一个时刻开始计算的话,所有的碘131会在8天的时间消失一半.  你看,用概率来描述是不是更准确呢!  概率的出现是因为对事物规律一只半解。还未知的规律不代表不存在,  所以我觉得测不准原理不成立。  -----------------------------  什么叫做"所以我觉得不成立"? 我举的例子就是用来说明概率论在量子力学中的适用性的, 你把我的话引用一下就"觉得不成立"??   这样辩论可是不行的, 你得摆事实讲道理才行.
  @一见桃花-11 10:09:00  最简单的理解:在量子力学层次,人的观察已干扰粒子状态。在宏观世界中,人是以光子等手段观察物质,可以想一下,光子是一个乒乓球,我们观察物质,实际上是乒乓球撞到墙上,反射后撞到视网膜或其他科学仪器接收装置,乒乓球对墙几乎没有什么影响,所以宏观世界在我们观察中是确定的。  而微观世界则不到,你可以想像一个乒乓球去撞另一个相当于乒乓球的东西,再反射回来,你接收到,这时被观察的对象,比如一个电子,它的运动.....  -----------------------------  说得很对, 任何形式的"观测"的本身就是对于被观测对象原始状态的破坏.   所以"测不准"是因为无法在不破坏量子原有状态的的条件下的不得已的结果.  如果不去"观测"它,那么量子态客观上是确定的, 只是没有人知道到底是个什么状态而已. 这就是"无意义信息".  这也意味着什么"量子扭态超光速通讯"是不可能实现的, 即使有这现象也不可能用来传递任何有意义的信号, 更谈不上什么"通讯"了.
  @wallescai 31楼   什么叫做"所以我觉得不成立"? 我举的例子就是用来说明概率论在量子力学中的适用性的, 你把我的话引用一下就"觉得不成立"??  这样辩论可是不行的, 你得摆事实讲道理才行.  -----------------------------  人家已经说了你没看见?也有可能是对更深层次的规律不了解,所以才不知道哪个具体原子会半衰。
  @wallescai 31楼   什么叫做"所以我觉得不成立"? 我举的例子就是用来说明概率论在量子力学中的适用性的, 你把我的话引用一下就"觉得不成立"??  这样辩论可是不行的, 你得摆事实讲道理才行.  -----------------------------  @juentouma
16:53:00  人家已经说了你没看见?也有可能是对更深层次的规律不了解,所以才不知道哪个具体原子会半衰。  -----------------------------  "也有可能是对更深层次的规律不了解,所以..."
  请注意一下: "也有可能是...所以..."这种不属于逻辑上的推理, 也就是不科学的推论.   借用1993年狮城舌战中复旦主辩蒋昌建的一句话来说就是:"可能的话,整个巴黎可以放在一个瓶子里"   用不存在的假设来推论一个事实, 这是没有意义的诡辩.  而用概率论的话, 至少它可以在宏观上对量子的行为作出一个描述.   虽然说只用概率还不能做到对每一个粒子进行精确地描述, 但是这已经是非常符合实验观测结果的描述了.  或许将来有可能会发展出更好的理论来更精确地对量子行为进行描述, 但是到目前为之还没有, 这就是事实.
  @wallescai 34楼   "也有可能是对更深层次的规律不了解,所以..."  请注意一下: "也有可能是...所以..."这种不属于逻辑上的推理, 也就是不科学的推论.  借用1993年狮城舌战中复旦主辩蒋昌建的一句话来说就是:"可能的话,整个巴黎可以放在一个瓶子里"  用不存在的假设来推论一个事实, 这是没有意义的诡辩.  而用概率论的话, 至少它可以在宏观上对量子的行为作出一个描述.  虽然说只用概率还不能做到对每一个粒子进行精确地描述, ......  -----------------------------  我知道你说的是事实,但我说的只是一种假设,你意思是科学家就不能假设了?假设当然未必是当前事实。但科学的一种研究方法不就是假设吗?(即使乱假设也应能被科学接受,可以事后证伪),你不会要求在这里说的都是已经研究出来的真理吧?
  @juentouma 35楼   我知道你说的是事实,但我说的只是一种假设,你意思是科学家就不能假设了?假设当然未必是当前事实。但科学的一种研究方法不就是假设吗?(即使乱假设也应能被科学接受,可以事后证伪),你不会要求在这里说的都是已经研究出来的真理吧?  -----------------------------  假设当然是可以的, 学术上本来就有"大胆假设,小心求证"的说法.   但是你光有大胆假设是没有说服力的. 无法求证的假设越大胆, 离开荒谬也越近.  至于"用假设去解释另外一个假设", 你该看看奥康剃刀是如何对待这种事情的.
  @wallescai 36楼   假设当然是可以的, 学术上本来就有"大胆假设,小心求证"的说法.  但是你光有大胆假设是没有说服力的. 无法求证的假设越大胆, 离开荒谬也越近.  至于"用假设去解释另外一个假设", 你该看看奥康剃刀是如何对待这种事情的.  -----------------------------  对于假设,当前是无法自证,但如果科学无法对其证伪的话,科学应给予其尊重,视其为契机,而不应视其为荒谬,因为这恰恰指引着科学前进的方向,激励着科学完善自身的能力,对科学的发展是大有益处的。
  @juentouma 37楼   对于假设,当前是无法自证,但如果科学无法对其证伪的话,科学应给予其尊重,视其为契机,而不应视其为荒谬,因为这恰恰指引着科学前进的方向,激励着科学完善自身的能力,对科学的发展是大有益处的。  -----------------------------  你说的一点都没错, 既然是假设, 当然是目前还无法证实的. 但是这并不意味着假设就可以任意脱离实际, 这就像是理想和妄想的区别.  假设也并不全都是可以"指引科学前进"的方向的, 若是从理论到实践统统是脱离现实的假设对于指引道路的意义实在是很少.  并且假设被提出来, 要么是作为论证的目标,要么是作为论证的手段, 至少其中有一样是从现实出发才能有所依托吧. 否则不就成了空中楼阁了么.  我们回到之前争论的开始处:   你说"也有可能是对更深层次的规律不了解,所以才不知道哪个具体原子会半衰"  因为"可能"对某些规律"不了解",所以才"不知道".   用一个不确定的去推测另一个不确定的, 我没有说你这句话不对, 但是这话没意义.  同样的话还能说出一大堆:   因为还没有解开人类衰老的秘密,所以不知道如何才能长生不老.
  因为还没有掌握彩票中奖的规律,所以不知道下一次哪个号码中奖.
  因为还没有了解斗气锻炼的方法,所以不知道怎么才能变身圣骑士.  因为还不知道如何才能活获得天人感应, 所以不知道怎样才能学成七十二变.  ......  看, 伪科学就是这么来的.
  @juentouma 37楼   对于假设,当前是无法自证,但如果科学无法对其证伪的话,科学应给予其尊重,视其为契机,而不应视其为荒谬,因为这恰恰指引着科学前进的方向,激励着科学完善自身的能力,对科学的发展是大有益处的。  -----------------------------  你说的一点都没错, 既然是假设, 当然是目前还无法证实的. 但是这并不意味着假设就可以任意脱离实际, 这就像是理想和妄想的区别.  假设也并不全都是可以"指引科学前进"的方向的, 若是从理论到实践统统是脱离现实的假设对于指引道路的意义实在是很少.  并且假设被提出来, 要么是作为论证的目标,要么是作为论证的手段, 至少其中有一样是从现实出发才能有所依托吧. 否则不就成了空中楼阁了么.  我们回到之前争论的开始处:   你说"也有可能是对更深层次的规律不了解,所以才不知道哪个具体原子会半衰"  因为"可能"对某些规律"不了解",所以才"不知道".   用一个不确定的去推测另一个不确定的, 我没有说你这句话不对, 但是这话没意义.  同样的话还能说出一大堆:   因为还没有解开人类衰老的秘密,所以不知道如何才能长生不老.
  因为还没有掌握彩票中奖的规律,所以不知道下一次哪个号码中奖.
  因为还没有了解斗气锻炼的方法,所以不知道怎么才能变身圣骑士.  因为还不知道如何才能活获得天人感应, 所以不知道怎样才能学成七十二变.  ......  看, 伪科学就是这么来的.
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电子做稳恒的运动,具有完全确定的能量。这种稳恒的运动状态称为量子态。量子态是由一组表征,这组量子数的数目等于粒子的。外文名quantum state提出者玻尔(N. Bohr)应用学科物理学适用领域范围量子力学定&&&&义微观粒子的运动状态
在《物理论坛》网上发表《对先生的三旋态量子理论的质疑》一文中说:“说过:真实的物理世界应该具有简单性。而王先生的则不具备这一特征。将量子作为球状来描述也并非经典量子理论的绝对模式,物理理论的表观模式趋向于建立一种能为人所理解的模型,而球状模型正适合这种情况。其根基来源于我们所处的空间为三维的模式,而球状正是这样一个空间最好的体现。环状量子却违背了这样一个空间的基底,因此采用来描述并非是完备的。虽然这个理论可以解释很多疑难,但理论自身并非是自恰的。当然,这个理论还有待于进一步的研究。”接着, liqichuan先生在《物理论坛》网上又发表《再论实数和复数在物理学中的意义》一文中说:“众所周知,复数和复数方程是中在处理复杂问题时所经常用到的手段,但是一旦讨论到具体问题时则采用实数解,这在量子力学中最为明显,厄密算符所对应的本征值即为实数,因为只有实数解才与观测符合,这是物理实证的要求。而把数作为的根本则是毕达哥拉斯派的复辟,这已经被现代科学所抛弃。无绕空间是广义相对论的基础,虽然有绕空间的数学方程可以建立,但是与实际的观察并无任何联系,因此一般是不讨论有绕空间的。同时,目前所讨论的仍然不应该超出经典物理所定义的旋量范围。超弦理论并不一定为大多数的科学家所接受,它毕竟是个倍受争议且极为不成熟的理论,由它所带来的物理困惑并不比以前的理论少多少。” 看来liqichuan先生是一坚定的球状模型量子态的维护者。“原子”或“”;“球量子”与“环量子”概念”。教授介绍的情况,古希腊认为,“原子”或“”和“虚空”是万物之源,这实际是个“非对易代数”类似的“量子理论”。即如果把不可分割的“”或“”看成是,“虚空”看成是,实数与虚数存在有不可对易性。这里,“非对易”可近似理解为“非对应”。认为“非对应”最终含有“不可计算性。
liqichuan先生所说:“来源于我们所处的空间为三维的模式,球状正是这样一个空间最好的体现,而环状量子却违背了这样一个空间的基底”。也正是如此,现代科学才建立了以“球量子”为精神领袖的强大而十分巩固的“政权”。也许liqichuan(传)先生所说的“复辟”,就是指会动摇以“球量子”为精神领袖的强大而十分巩固的“科学政权”的理论研究。在近代科学中引出的开平方,如所谓“扭量从开根号”,就是有人说的:“-1可以开根号得到,而可以开根号得到旋量。不能比较大小。但量子力学的波函数是复数的,描述粒子具有自旋,而广义相对论一直用世界线来描述粒子,于是相对论有一个基本的问题是,世界线体现出粒子的自旋,即扭量=量子力学+广义相对论=复数+旋量+共形变换。”这无疑是对以“球量子”为精神领袖的强大而十分巩固的“科学政权”不利,所以liqichuan先生才说出“把数作为宇宙的根本则是毕达哥拉斯派的复辟”的话。他的解释是:“和复数方程是物理学中在处理复杂问题时所经常用到的数学手段,但讨论到具体问题时则采用实数解,因为只有实数解才与观测符合”。这个解释不正确,因为类似体系方程、电磁力学体系方程、力学体系方程、量子力学等绝大多数方程的数学手段,都没有解决好复杂的问题,所以用这种处理办法才是可取的。例如爱因斯坦的,就是舍弃取解的办法而使计算具有简单性;相反,崔珺达教授的复合量子理论,则把爱因斯坦狭义相对论舍弃的虚数解捡拾起来,但对问题并没有解决,反而把简单的数学手段弄复杂化了。听起来,这并不像是一个复杂的实验:位于脚下的送信者,要向站在河北省张家口市的收信者发出一段信息。 这段距离仅有16公里,在晴朗的白天,他们彼此甚至目力可及。只是,这并不是一封信、手机短信或,而是好像“时钟指针”一样表示着量子的量子态。
这已经是量子态目前在世界上跑出的最长距离。6月1日,世界顶级科学刊物《自然》杂志的子刊《自然·光子学》以封面论文的形式,刊登了这项成果:一个量子态在消失后,在并没有经过任何载体的情况下,瞬间出现在了16公里以外。实验的名称叫做自由空间,由与组成的联合小组完成。
国际科技信息网站盛赞,这一成果代表着量子通信应用的巨大飞跃。这确实是一个难以令人理解的研究领域,面对抱着巨大好奇心的公众,研究者不禁感到苦恼,“想要给大家都讲明白实在是一件痛苦的事”。
早在3年前,中科大前校长院士在形容负责组建联合小组的中科大教授时也声称,潘在量子通信领域的工作“对于一般人来说是难以理解的”,“不然会感到更强的震撼力”。
一切还要从量子说起。量子是不可分的最小单位,“光量子”就是光的最小单位。
在奇特的量子世界里,量子存在一种奇妙的“纠缠”。中科大实验室教授愿意将一对纠缠状态下的光子比作有着 “”的两个粒子。再用个更贴切的比喻,纠缠光子就好像一对“心有灵犀”的骰子,甲乙两人身处两地,分别各拿其中一个骰子,甲随意掷一下骰子是5 点,与此同时,乙手中的骰子会自动翻转到5点。
事实上,乙甚至根本不需要知道也不能查看自己手中究竟握着几点。因为在上,每一次对纠缠光子的测量都会破坏原有的状态,“就像冰淇淋,你必须尝一口才知道它的味道。但当你尝了一口时,冰淇淋就已经发生改变。”一个专业人士这样解释。
因此,甲只需要通过电话、短信等渠道告诉乙,自己刚刚掷出了5点。乙即便不用摊开手掌,也可以知道自己手边这个“”的骰子也成了5点。
这听起来就像一场。只是,甲和乙之间传送的只是类似“转成5点”之类的信息,而不是实物。这段16公里的旅程创造了新的世界纪录,这是目前这个星球中量子态在自由空间中所能隐形传输的最远距离。
事实上,在经历的漫长旅程中,每一点距离的进步都可以被视为一座里程碑。1997年年底,位于的蔡林格研究小组首次在实验平台上几米的距离内成功地进行了这一实验。
虽然当时的仅达数米,但美国《科学》杂志却将其列为该年度全球十大科技进展。《科学》杂志的评语是:“尽管想要看到《》中‘发送我吧’这样的场景,我们还得等上一些年,但量子态隐形传输这项发现,预示着我们将进入由具有不可思议的能力的量子计算机发展而带来的新时代。”
科幻电影《星际旅行》至今仍在科幻娱乐史上排名榜首。它讲述了人类的梦想:宇航员在特殊装置中平静地说一句,“发送我吧,苏格兰人”,他就会到外星球。在经典游戏“暗黑破坏神”中,女巫角色的技能是“”。只要施展这个魔法,女巫就会伴着一道闪光消失,并出现在任意一个想去的地方。
“这种现象,与量子态隐形传输很类似。”一位联合小组成员谨慎地选择着用词。当然,它们并不相同。在这项实验中,被传输的是信息而并非实物。
1999年,奥地利蔡林格研究小组的论文又与发现X射线、爱因斯坦建立相对论等重大研究成果一起,被《自然》杂志选为“百年21篇经典论文”。当时26岁的年轻人正在跟着蔡林格教授学习量子技术,他的名字也在小组名单中。
不过接下来,发展并不算顺利。直到2004年,蔡林格小组才利用底的,将量子隐形传态距离提高到600米。
这次的实验在技术上有了重大创新,光子在传播过程中会因偏振而引起变化,联合小组的科学家们对此进行了“”,即用简单的光学器械控制住光子的偏振态,使这次实验的保真度最终达到了89%。也就是说,“尽管不能正确无误地发送每一个码,但信息是可以传送的”。
“如果地点允许,我们本来希望能达到20公里。”联合小组成员、副研究员觉得很遗憾。他在一间窗台上生长着翠绿爬藤的办公室里接受了记者的采访。
随着高度增加,空气也会变得更加稀薄。所以,地表10公里的,基本相当于从地球到几十公里距离的空气密度。“20 公里的传送距离,就表明光子可以在地表与卫星间打一个来回。”这也就意味着可以通过卫星在不同地区,甚至国家间传递。
可在野外实验,状况却无法保证同实验室里一样理想而精确。最终,因为位置便利,研究者们将“秘密基地”分别设在八达岭长城脚下与的两家小旅馆,地理距离16公里。
为了用激光为打出一个光链路,他们的实验大多在其他人沉入梦乡的夜晚进行。光链路是为了帮助随后分发的光量子“探路”。那些已经睡着了的人并不知道,这群在半夜里还摆弄着有点吓人的绿色激光的年轻人,也正在实现这个世界全新的通信梦想。
“尽管我们只传送了16公里,但这在科学上证明了的远距离传输是可行的,也意味着量子信息通过卫星进行传递有可能实现。” 蒋硕说。[1]这些站在科学领域最前沿的中国明白,进行量子通信研究,除了能够实现隐形传态这种奇妙的物理现象以外,还能够实现更重要的使命,那就是防御一种“还未出现的威胁”。
威胁来自尚未被成功发明的量子计算机。早在上个世纪,科学家们就已经开始设想,用量子系统构成的计算机来模拟量子现象,从而大幅度减少运算时间。如果将未来的量子计算机比作,今天所谓超级计算机的能力甚至还比不上刚上幼儿园的小班儿童。
你可以想象这样一个惊人的对比:现在对一个500位的进行因子分解,目前最快的超级计算机将耗时上百亿年,而量子计算机却只需大约几分钟。
“一旦哪个疯子发明出来量子计算机,他就可以攻破所有的密码。”蒋硕指出了这个可怕的威胁。事实上,现在通用的加密方式并非如想象般安全,它们都有破译的方法,只不过由于现有计算机运行能力的限制,破译一个可能要耗费上万年,甚至上百万年。
如果量子计算机出现,我们目前自以为安全的一切将不堪一击。那将是一个超级神偷,可以偷走现代文明中人们赖以生存的一切——银行存款、网络信息。它也足够冲破军事或,调转导弹的轨道,令整个国家陷入混乱与灾难。因此,没有人敢懈怠,“这并不是一项杞人忧天的研究。所有的防御必须出现在进攻之前。”美国科学家的预言就像一个倒计时牌,“量子计算机可能将在50年之后出现。”
因此,“只有采用才是安全的,必须占据先机。”这样一切“窃听手段”将失去原有的意义。如果一个间谍想要收集情报,他必须窃取发送途径中的光子,经过测量后再次传给接收者。但因为对的纠缠特性,这样的窃取就会被发现,“就像被尝过的冰淇淋一样”。
当然,眼下这只是一场看不见对手的战争。“如果没有量子计算机这支矛,这面盾就发挥不出作用。”蒋硕说。他同时也认为,即便技术成熟,“如果量子计算机没有出现,并没必要进行大规模的产业换代”。
然而,这篇论文发表后,蜂拥而至的报道和议论却让科学家们发现,公众似乎误解了自由空间量子隐形传态的真正意义,“很多人都认为,这个实验的成功代表着超时空穿越可能实现。”
显然,能够传递一组信息并不意味着已经可以传递实物。“我们对世界的了解仍然不够透彻。”一位研究者说。科学家们现在还不知道应该如何通过隐形传输的方式传送实物,“我们曾经以为世界上最小的是原子,可是后来发现原来里面还有和。然而,没有人知道和中子是否还能被继续拆分。更何况想要传送一个,又该如何处理他复杂的脑电活动呢?”
“目前我们实现的仅仅是单光子量子态的隐形传输,在未来有可能实现复杂量子系统的量子态隐形传输,但距离宏观物体的量子态隐形传输还具有非常遥远的距离。”彭承志说。
也许,正是“非常遥远的距离”带给了人们遐想。毕竟,曾经实验台上量子态只能前行几米,而今,它已经可以穿越16公里。将来,它还可能在星球之间传递。
“科技发展的速度有多快谁能知道呢?”一位参加这项研究的科学家说,“就好像打算盘时的人们永远想不到,在不久的将来,人类发明出了每秒运行几千亿次的电子计算机。”存放着机密文件的保险箱被放入一个特殊装置之后,可以突然消失,并且同一瞬间出现在相距遥远的另一个特定装置中,被人方便地取出。记者从中国科学技术大学获悉,日前,由中国科大和清华大学组成的联合小组在量子态隐形传输技术上取得的新突破,可能使这种以往只能出现在科幻电影中的“超时空穿越”神奇场景变为现实。据联合小组研究成员彭承志教授介绍,作为未来量子的核心要素,量子态隐形传输是一种全新的通信方式,它传输的不再是经典信息,而是量子态携带的。
“在经典状态下,一个个独立的光子各自携带信息,通过发送和进行信息传递。但是在量子状态下,两个纠缠的光子互为一组,互相关联,并且可以在一个地方神秘消失,不需要任何的携带,又在另一个地方瞬间神秘出现。量子态隐形传输利用的就是量子的这种特性,我们首先把一对携带着信息的纠缠的进行拆分,将其中一个光子发送到特定位置,这时,两地之间只需要知道其中一个光子的即时状态,就能准确推测另外一个光子的状态,从而实现类似‘超时空穿越’的通信方式。
据介绍,量子态隐形传输一直是学术界和公众的关注焦点。1997年,奥地利蔡林格小组在室内首次完成了量子态隐形传输的原理性实验验证。2004年,该小组利用多瑙河底的光纤信道,成功地将量子“超时空穿越”距离提高到600米。但由于光纤信道中的损耗和环境的干扰,量子态隐形传输的距离难以大幅度提高。
2004年,中国科大潘建伟、彭承志等研究人员开始探索在自由空间实现更远距离的量子通信。在自由空间,环境对光量子态的干扰效应极小,而光子一旦穿透大气层进入外层空间,其损耗更是接近于零,这使得自由空间信道比光纤信道在远距离传输方面更具优势。
据悉,该小组早在2005年就在创造了13公里的自由空间双向“拆分”、发送的世界纪录,同时验证了在与地球之间分发纠缠的可行性。2007年开始,中国科大——清华大学联合研究小组在北京架设了长达16公里的自由空间,并取得了一系列关键技术突破,最终在2009年成功实现了世界上最远距离的量子态隐形传输,证实了量子态隐形传输穿越大气层的可行性,为未来基于卫星中继的全球化量子通信网奠定了可靠基础。
据悉,该成果已经发表在6月1日出版的英国《自然》杂志子刊《自然光子学》上,并引起了国际学术界的广泛关注。[1]
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