不要让自己被这 4 个量子力学误解所困扰：

量子力学，支配原子和粒子微观世界的理论，当然有 X 因素。

与物理学的许多其他领域不同，它是奇异和反直觉的，这使它令人眼花缭乱，

当 2022 年诺贝尔物理学奖授予 Alain Aspect、John Clauser 和 Anton Zeilinger 以表彰其对量子力学的研究时，引发了兴奋和讨论。

但是关于量子力学的辩论——无论是在聊天论坛、媒体还是科幻小说中——由于一些持续存在的神话和误解，往往会变得混乱。这里有四个。

1。猫可以是死的，也可以是活的

埃尔文·薛定谔可能永远也不会预料到他的思想实验，薛定谔的猫，会在 21 世纪获得互联网模因的地位。

这表明一只不幸的猫科动物陷入了困境一个带有由随机量子事件（例如放射性衰变）触发的终止开关的盒子可能在同一时刻生死攸关时间，只要我们不打开盒子检查。

我们早就知道量子粒子可以同时处于两种状态——例如在两个位置。我们称之为叠加。

科学家们已经能够在著名的双缝实验中证明这一点，在该实验中，单个量子粒子（例如光子或电子）可以穿过墙上的两个不同的缝隙同时地。我们怎么知道的？

在量子物理学中，每个粒子的状态也是一种波。但是，当我们将光子流一个接一个地发送通过狭缝时，它会在狭缝后面的屏幕上创建两个波相互干涉的模式。

因为每个光子都没有任何当它通过狭缝时，其他光子会干扰，这意味着它必须同时通过两个狭缝 – 干扰自身（下图）。

（Dorling Kindersley/Dorling Kindersley RF/Getty Images）

然而，要使其发挥作用，粒子通过两个狭缝的叠加态（波）必须是“相干的”——彼此之间具有明确的关系。

这些可以对尺寸和复杂性不断增加的物体进行叠加实验。

Anton Zeilinger 在 1999 年进行的一项著名实验证明了具有大 mo 的量子叠加被称为“巴基球”的碳 60 分子。

那么这对我们可怜的猫意味着什么？只要我们不打开盒子，它真的既是活的又是死的吗？

显然，猫与受控实验室环境中的单个光子完全不同，它更大更复杂。

组成猫的数以万亿计的原子之间可能具有的任何相干性都是极其短暂的。

这并不意味着量子相干性在生物系统中是不可能的，只是它通常不适用于猫或人类等大型生物。

2。简单的类比可以解释纠缠

纠缠是一种量子特性，它连接两个不同的粒子，所以如果你测量一个粒子，你会自动并立即知道另一个粒子的状态——无论它们相距多远。

对它的常见解释通常涉及我们经典宏观世界中的日常物品，例如骰子、纸牌，甚至是几双颜色奇特的袜子。

例如，假设您告诉您的朋友，您在一个信封中放了一张蓝色卡片，在另一个信封中放了一张橙色卡片。如果你的朋友拿走并打开其中一个信封并找到蓝色卡片，他们就会知道你有橙色卡片。

但是要理解量子力学，你必须想象信封里的两张卡片是在联合叠加中，这意味着它们同时是橙色和蓝色（特别是橙色/蓝色和蓝色/橙色）。

打开一个信封会发现一种随机确定的颜色。但是打开第二张仍然总是会显示相反的颜色，因为它“诡异地”链接到第一张卡片。

可以强制卡片以不同的颜色组出现，类似于进行另​​一种类型的测量.我们可以打开一个信封问这个问题：“你是绿卡还是红卡？”。

答案还是随机的：绿卡还是红卡。但至关重要的是，如果卡片纠缠在一起，另一张卡片仍然会产生相反的结果

Albert Einstein 试图用经典的直觉来解释这一点，他认为这些卡片可能有一个隐藏的内部指令集，告诉他们在遇到特定问题时以什么颜色出现.

他还拒绝了卡片之间明显的“幽灵般”动作，这种动作似乎允许它们立即相互影响，这意味着交流速度超过光速，这是爱因斯坦理论所禁止的。

但是，爱因斯坦的解释随后被贝尔定理（由物理学家约翰·斯图尔特·贝尔创建的理论检验）和 2022 年诺贝尔奖获得者的实验所否定。测量一张纠缠卡会改变另一张的状态的想法是不正确的。

量子粒子只是以我们无法用日常逻辑或语言描述的方式神秘地相互关联——它们不交流，同时也包含一个隐藏的代码，正如爱因斯坦所想的那样。

所以忘掉当你想到纠缠时，日常用品。

3。自然是不真实的，并且是“非局部的”

贝尔定理常被用来证明自然不是“局部的”，即一个物体不仅仅直接受到其周围环境的影响。另一种常见的解释是，它暗示量子物体的属性不是“真实的”，它们在测量之前不存在。

但贝尔定理只允许我们说量子物理学意味着自然不是如果我们同时假设一些其他事物，则两者都是真实的和本地的。

这些假设包括这样的想法，即测量只有一个结果（而不是多个，可能在平行世界中），因果关系时间向前流动，而且我们并不生活在一个“发条宇宙”中，在这个宇宙中，一切自时间之初就已经预先确定。

尽管有贝尔定理，但如果你允许打破其他一些我们认为是常识的东西，比如时间向前推进。还有屁她的研究有望缩小对量子力学的大量潜在解释。

但是，摆在桌面上的大多数选项——例如，时间倒流，或者没有自由意志——至少同样荒谬放弃局部现实的概念。

4．没有人理解量子力学

一句经典名言（归功于物理学家理查德·费曼，但以这种形式也转述了尼尔斯·玻尔）推测：“如果你认为你理解量子力学，那你其实并不理解它。”

这种观点在公众中广泛持有。量子物理学被认为是不可能理解的，包括物理学家。但从 21 世纪的角度来看，量子物理学在数学上和概念上对科学家来说都不是特别困难。

我们非常了解它，以至于我们可以高精度地预测量子现象，模拟高度复杂的量子系统，甚至开始构建量子计算机。

叠加和进入当用量子信息的语言来解释时，只需要高中数学就可以理解。贝尔定理根本不需要任何量子物理学。它可以使用概率论和线性代数在几行代码中推导出来。

真正的困难可能在于如何将量子物理学与我们的直觉现实相协调。没有所有的答案不会阻止我们在量子技术方面取得进一步的进展。我们可以简单地闭嘴计算。

对人类来说幸运的是，诺贝尔奖获得者 Aspect、Clauser 和 Zeilinger 拒绝闭嘴，并一直在问为什么。像他们这样的人有一天可能会帮助调和量子怪异与我们的现实体验。

Alessandro Fedrizzi，赫瑞瓦特大学物理学教授和 Mehul Malik，赫瑞瓦特大学物理学教授

本文根据知识共享许可从 The Conversation 重新发布。阅读原文。