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2022年諾貝爾物理學獎都傳達了哪些值得關注的資訊

2022年諾貝爾物理學獎都傳達了哪些值得關注的資訊

2022年諾貝爾物理學獎正式揭曉,三位實驗物理學家獲獎,他們是,法國的阿蘭·阿斯佩,美國的約翰·弗朗西斯·克勞澤,和奧地利的安東·塞林格。

三位科學家獲獎的理由是“用糾纏光子驗證了量子不遵循貝爾不等式,開創了量子資訊學”。

2022年諾貝爾物理學獎都傳達了哪些值得關注的資訊?

第一,三位科學家的貢獻在於,透過光子糾纏實驗,確定貝爾不等式在量子世界中不成立,以證實量子糾纏的真實性,這些實驗證明了量子理論的正確性。

三位科學家的具體都有哪些貢獻呢?

奧地利物理學家安東·塞林格,在1997年完成了量子隱形傳態的原理性實驗驗證工作,首次用實驗實現了量子隱形傳態。

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美國的物理學家約翰·弗朗西斯·克勞澤,第一次透過多次實驗證實了量子糾纏的真實性。

法國物理學家阿蘭·阿斯佩第一次在精確的意義上實驗上驗證了貝爾不等式不成立,證明了量子理論的正確性;第一次在實驗上實現了單光子的干涉實驗,驗證單光子的波粒二象性;第一次在實驗上比較了費米子和玻色子的二階關聯。

第二,三位科學家在驗證貝爾不等式方面的貢獻,為量子資訊科技大廈奠定了基石,開創了量子資訊這一學科。

第三,結束了愛因斯坦和玻爾的爭論。

當時物理學界分了兩大派,一派是玻爾為首的哥本哈根學派,另一派就是愛因斯坦和薛定諤為首的反對派。爭論的焦點是:量子力學是不是完備的。雙方沒有人認為量子力學是錯誤的,但對於其是不是完備,卻發生了長時間的爭論。

1964年,物理學家貝爾才給出了一個驗證方法,這就是所謂的“貝爾不等式”。貝爾不等式提供了用實驗在愛因斯坦和玻爾的爭論之間做出判決的機會。

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愛因斯坦認為,宏觀世界中有局域的實在性,比如說宏觀世界中所有的相互作用都跟距離有關係,距離越遠相互作用越弱。而量子力學中沒有局域性,比如量子糾纏就屬於量子非局域。所以,認為量子力學是不完備的。

愛因斯坦的錯誤在於,是在宏觀的世界中去驗證貝爾不等式,於是就得出貝爾不等式成立,那麼,這就意味著量子力學是不完備的。

三位科學家的貢獻在於,透過光子糾纏實驗,確定貝爾不等式在量子世界中不成立,但在宏觀世界是成立。

貝爾不等式成立只適應於宏觀世界,貝爾不等式不成立只適用微觀(量子)世界,這是兩個不同的範圍。

第四

,有人說“貝爾不等式”誕生,證明愛因斯坦錯了,這裡的錯,指得是與玻爾關於“量子力學是不是完備的”爭論中,愛因斯坦的看法是錯的,並不是說愛因斯坦的“相對論”、“光量子論”錯了,這一點我們要弄清楚。

不要以為三位科學家,用糾纏光子驗證了量子不遵循貝爾不等式,就認為愛因斯坦錯了。愛因斯坦的的“光量子論”革命性意義,在於他不僅揭示光子的波粒二象性,更為重要的是揭示了所有微觀粒子也具有波粒二象性,他在量子力學的形成和發展過程中起到了承前啟後的重要作用。這也是不可否認的事實。

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第五,怎樣看待三位科學家透過實驗證實量子糾纏的真實性。

簡單來說,量子糾纏它是一種只發生在量子系統中的現象。在兩個或者兩個以上粒子組成的粒子系統中,

即使

這些粒子在空間中是相互分開的,它們也可以相互影響

當其中一個粒子發生了變化,另一個粒子也跟著發生變化。

這是一種誤解。首先微觀粒子具有波動二象性,以

疊加態的形式呈現。因此,量子糾纏不是兩個粒子,而是一個,是波動性和微粒性的糾纏,是粒子運動時的變化狀態。

這就如一枚硬幣。

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圖A這是一枚2004年的一元硬幣

這枚硬幣具有正面和反面,就像一個粒子具有波動性和微粒性一樣,也以

疊加態的形式呈現

這枚硬幣,現在的狀態是正面朝上,我們看到它是一枚2004年的一元硬幣。

假如,現在我轉動這枚硬幣,那麼它就運動起來了,快速地旋轉著,在這種狀態下,你說它是正面朝上呢,還是反面朝上,我們不知道。但是,有一點很重要,

就是旋轉的硬幣是以疊加態的形式呈現的。

量子糾纏與此情形類似,它是單個粒子運動時呈現出來的狀態,而且如同旋轉的硬幣一樣是以疊加態的形式運動著的,因此,它不是一個粒子發生了變化,另一個粒子也跟著發生變化,而是粒子的波動性和微粒性一起在變化,因為它們是一體兩面,沒有距離,哪來的超距作用。

當我轉動的這枚硬幣停下來的時候,它會出現兩種可能,它可能是正面朝上,如下圖的樣子:

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圖B

它也可能是反面朝上,如下圖的樣子:

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圖C

假如說硬幣停止轉動倒在地上,此時,硬幣就出現兩種狀態:圖A和圖B,或圖A和圖C。

圖A和圖B,或圖A和圖C,都是兩種不同的狀態。

由於圖A和圖

C,

一個是正面,一個是反面,因此,

說圖A和圖C是兩種不同的狀態,這容易理解;

但是,說圖A和圖B也是兩種不同的狀態,這似乎難以理解,它們都是正面朝上,怎麼會是兩個不同的狀態呢?

不錯,雖然都是正面朝上,但是圖B,是硬幣旋轉後的形態,時間、位置都發生了變化,因此,圖A和圖B也是兩種不同的狀態。

實際上粒子在運動後也如同硬幣一樣,也會出現這樣的兩種形態,而我們誤以為這兩種形態是兩個不同的粒子,一個發生變化,立刻影響到另一個,好似其間的空間根本不存在一樣。其實,這只是一種誤解。

而這種誤解,使人們用量子糾纏解釋“心靈感應”,甚至認為量子糾纏證實了靈魂在這個世界上真實的存在,等等,使科學陷入神學的泥潭。這才是我們應當警惕的!

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