量子纠缠的能量从哪里来?为何它们能超光速影响彼此?

小彭来给您解惑

发布时间:02-1111:53

我们都知道量子力学里面有个神奇的现象:量子纠缠,说的是两个微观粒子如果处于纠缠态,那么只要我们人类对其中一个粒子做了观察,那么被观察的粒子会瞬间影响到另外一个远方的纠缠态粒子,这个影响的速度由于是瞬时完成,所以说这是一种超光速的作用。但是整个纠缠过程的能量从哪里来的?为什么它们能够超光速彼此相互作用?今天我来说说这个问题。

首先处于纠缠态的两个粒子能量来源于啥,根据爱因斯坦的质能方程E=M*C*C,即使损失一点点质量也会产生出巨大的能量。但是科学家们做了实验发现,纠缠前后两个微观粒子的质量并没有亏损,也就是说是质量守恒,那么就可以断言:纠缠态的微观粒子能量绝对不是来源于质量亏损。

但是为了维持纠缠态,总得需要一些能量要给予支持吧,就好像我们举起一个石头让它空中静止,虽然石头本身处于静止状态,但是我们人体是要不断消耗能量才能维持这个动作,如果做一件事情居然不消耗任何能量,那岂非怪事?

所以为了探寻纠缠态的能量来源,我们不得不去研究纠缠态的本质到底是什么?其实纠缠态的本质是来源于对微观粒子的运动描述,我在前面写了20多篇关于微观粒子应该如何描述的文章,其中有一个核心点就是“叠加态”不知道大家还记得不?

什么叫“叠加态”?其实就是说一个微观粒子可以同时处于“多个位置”,就好像一个微观粒子有无数个“分身”,每个分身都霸占着一定的空间位置,直到你观察的一瞬间才从“叠加态”变回“固定态”。所以整个过程可以描述成:观察前微观粒子有无数分身,观察瞬间微观粒子只有一个分身,观察后微观粒子又具有无数个分身。那么人的“观察”就影响到了微观粒子的客观演化进程?这是非常不可思议的。我们可以简单做一个模拟场景,假设此时我突然向远方打出一个微观粒子,那么微观粒子会如何运动呢?

可能普通人会这样想,我只要知道微观粒子的初速度、微观粒子质量,所处的场强度等信息,就可以用牛顿第二定律计算出微观粒子将来任意一个时刻的状态。可惜我要告诉你的是这是错误的,因为微观粒子打出的一瞬间,马上就处于位置的叠加态了,也就是如下图所示。

可以看出微观粒子整体虽然是再朝向右边前进,但是其实在某一个局部范围内,微观粒子一直是处于“任意位置”,下面的蓝色图像就是薛定谔方程解出的“波函数”,关于这个“波函数”我前面写了很多文章来介绍,这里我再简单说下含义,其实这个波函数的肥瘦程度就决定了微观粒子出现在该位置的概率,大家看上面的波函数在中间位置最肥,说明微观粒子当前处于这个位置的概率最大,其中两端很瘦,说明微观粒子出现在这个地方概率很小,其余地方没有波函数的存在,说明微观粒子当前绝对不会出现在这些地方。

通过以上分析我们可以看出,其实微观粒子的运动目前我们只能用“波函数”来描述,那么为什么这个叠加态会带来量子纠缠呢?因为量子纠缠的核心在于瞬间作用,对一个粒子的观察会瞬间影响到另外一个粒子。那么我们看叠加态是否也具有这个“瞬时作用”的特性,当我未观察微观粒子时,微观粒子可以处于A、B、C、D、E五个位置的叠加态,但是观察的一瞬间假设我们发现微观粒子出现在C处,那么C出现的概率就是100%,其余地方A、B、D、E出现的概率瞬间变为0。也就是说对C处的观察瞬间影响到了A、B、D、E这四个位置,大家是否已经隐隐闻到了“纠缠态”的味道了。

通过以上分析我们可以看出,如果我们把A、B、C、D、E五个位置独立来看,的确对C的测量会瞬间影响到A、B、D、E,这个瞬间作用肯定是超光速的。但是如果我们换一种思维方式,假设A、B、C、D、E本身就是一个整体,那么其实也就不存在超光速这一说了,因为整个整体服从薛定谔方程的波函数,任何单独分裂开看的行为都破坏了薛定谔方程的“完整性”。

所以回到最开始我们谈到的问题,为啥两个处于纠缠态的粒子可以无视距离直接瞬间相互作用?因为他们两个粒子本身就是一个不可分割的整体,它们都遵循同一个波函数来描述,自己和自己做信息传递就不能用“超光速”来描述了。这也就是为什么两个纠缠态粒子可以不需要任何能量的维持,也不需要做质量亏损来提供能量,因为他们本身就是“一家人”。我是小彭来给您解惑,大家如果喜欢我的文章可以关注我,如果对文章有异议可以留言评论。

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