火山|量子“真相禁区”的10个事实(上) 活火熔城|水底奥秘

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自量子世界新奇特现象被发现的时刻，支配电，磁和光现象经典和宏观的物理规律在极小的亚原子世界不再适用，一幅崭新的宇宙视野展现在人们的眼前，完全不同于必然、逻辑和理性刻画的物理世界，量子世界的图景比大多数人——包括许多物理学家能够想象和认识的场景更为辽阔和深远，好像在近日举办的国际围棋“人机大赛”中展露的机器人智力优势和人类智力的不足，人们感叹量子世界包罗万象的奇异景观，人类智慧似乎难以彻底把握量子世界的奥秘。以10个有关量子力学的性质，基于量子行为的事实描述激发了人们重新审视奇异的量子宇宙，它在微小和极小的尺度上究竟有怎样的表现。
1 ，一切事物的量子特性
人们可能想当然地认为，一些事物符合量子力学的特性，另一些事物则不符合量子力学的描述，所有的事物其实都遵循量子力学的规律，不分大小、种类的一切物体都符合量子物理描述的对象和范围，只不过在经典尺度的大物体中，人们很难发现这些物体的量子效应。为什么说相对于理论物理，量子力学是一份迟来的礼物？量子效应发现的困难性是其中的原因。量子力学的诞生是科学世界带给人类文明的最好礼物。物理学家面临了对基本物理问题作深层次解释的问题，诸如：为什么电子的旋转以原子核为中心，原子核好似“珍珠” ，原子好似“蚌壳” ，电子在“蚌壳”内以“珍珠”为中心旋转，形成了不同能级的旋转轨道。量子力学对微观粒子的性质给出了准确预测，人们由此相信量子力学的科学性和有效性。
2 ，量子化不是全盘离散化
“量子”从定义上讲一个是离散的组块，但不是每个事物在短时标概念上都是一份、一份的组块或不可分割的最小成分。电磁波由量子态的光子构成，波被认为有离散化特性，看上去似乎连续的波在量子层面则不连续。在原子核周围旋转的“电子壳”仅有特定的离散半径，但在量子理论中，其它粒子的特性没有呈现离散性，例如：电子的位置在环状传导的金属中不是离散的，电子占据了环状金属带任何连续的位置。构成电磁波的光子能量不是离散的，考虑到这种因素，量子化引力或引力量子化是物理学家取得成功的努力方向，但引力量子化不意味着一种必然性：时间和空间组成的离散化，考虑到其它方面，空间和时间的分离也许是可能的。
3 ，量子纠缠和叠加概念的不同
量子叠加态是指一个系统在同一时刻具有了两种状态的形成能力，但当人们进行测量时，总会发现特别的一种状态，系统失去了叠加态的特性。量子纠缠是指一个系统的两个部分或更多部分出现了相关性，纠缠态和叠加态是两个完全不同的概念，叠加态不是恒定的状态，一种状态是不是处于叠加态，这取决于人们希望得到的测量结果，例如：一种状态可能是位置的叠加，不是动量的叠加。叠加在整个概念上是指某种不确定的状态， “混沌不清”的状态一直持续，直到人们做出了某种确定性的测量行为。纠缠概念毫不含糊，它是完全确定性的，纠缠态是每一个此类系统的固有特性，人们已利用量子的纠缠特性研发了量子通讯技术。
4 ，幽灵般的超距作用
量子力学的信息传输不限于局部，这种传输似乎跨越了一片空域，在信息的发送者和接受者之间，信息本身似乎经过了所有的地点，纠缠行为不限于局部，但没有做出任何行为，纠缠只是一种相关性，它不是将非局部、本地的信息传输者或其它观测者连接起来。当人们在某个研究项目的演示中看到了两个相互纠缠的光子，它们被大距离的空间分开，然后对每个光子的旋转进行测量。在大距离的空间之间没有一种信息的传送比光速还快，当人们试图将两个观测结果结合时，涉及到了两地的信息传播，只能以光速进行，不能高于光速。在早期量子力学的兴起中，信息的定义出现了很大混乱，似乎存在超光速的某种“幽灵作用” ，但今天的人们已经知道，量子理论可能与爱因斯坦的狭义相对论相互协调，信息传送不能超过光速。
5 ，量子物理得到了积极研究
量子力学实验和理论的建构不是昨天才发生的新闻，量子理论事实上起源于一个多世纪以前，但量子特性的许多方面仅在现在的技术条件下才得到了广泛的检测，量子光学、量子信息、量子计算机、量子密码学、量子热力学和量子计量学等都是近年来兴起的学科和技术，量子技术是现代科学技术领域中非常活跃的部分。量子理论和量子技术的突破和创新为人类赋予了新的能力，人们在量子力学的基础研究领域燃起了希望的热情，为人类的科学进步和经济成长带来了无限可能的机遇。