如何理解量子糾纏,量子疊加和量子塌縮

本文參加百家號 #科

本文參加百家號#科學了不起#系列徵文賽。

量子力學苦澀難懂，很多人都避而不談，今天我就冒天下之大不韙聊一下量子糾纏，量子疊加及量子塌縮。

大家對量子力學最熟悉的可能是愛因斯坦和波爾的一段對話，愛因斯坦說：「上帝是不擲色子的"。波爾又駁道："別去管上帝能做什麼"。愛因斯坦和波爾是上個世紀的兩位科學巨人，他們爭論的就是量子力學。

愛因斯坦最偉大的成就是發表了《相對論》，改變了人類的時空觀，在愛因斯坦之前，人們都認為時間和空間都是絕對的，時間和空間對任何運動的物體都是平等的，你在天上飛是一天，我在地上走也是一天，你從地球坐火箭飛到月球是38萬公裡，我從地球坐飛機飛到月球也是38萬公裡。但愛因斯坦的《相對論》卻告訴我們：你在地上過了一天，我在天上可能只過了半天，你去月球是38萬公裡，我去月球卻可能只有10萬公裡。這就是著名的尺縮鍾慢效應。

雖然愛因斯坦認為時空是相對的，但他和牛頓一樣認為萬事萬物都是有序的，一切都有機可循。然而量子力學卻告訴他：量子你不看它時，它可能在這裡，也可能在那裡，還有可能既在這裡又在那裡。相信很多人都像愛因斯坦一樣無法接受這個觀點，所以愛因斯坦才對波爾說：上帝不會擲色子。

科學家在觀測量子時發現量子狀態無法確定，量子在同一時間可能出現在A地，也可能出現在B地，或可能同時出現在不同的地方。量子在某個位置出現是概率性的，並沒有確定性，這就叫量子疊加態。一對關聯粒子，如果改變其中一個粒子屬性，另一個粒子不管相距多遠都會瞬間改變，這種信息的傳遞不需要時間，這叫量子糾纏。當你不觀測量子時，量子處於疊加態，當你觀測量子時量子表現出唯一狀態，這就量子塌縮。

有一個非常有名的思維實驗：薛丁格的貓。把一隻貓和一個放射源一起裝進一個盒子，放射源會隨機放射出粒子觸發盒子裡的機關釋放出毒氣，如果放射源沒有放射粒子，貓就是活著的，反之貓就是死的。當我們不打開盒子時，貓處於死和活的疊加態，貓既是死的也是活著的，當我們打開盒的那一瞬間，貓的生死才確定下來。這個思維實驗是對量子行為通俗的比喻，這只不死不活的貓體現出了量子無比怪異的行為。

到現在為止也沒有哪個科學家能理解量子的怪異行為，但量子力學卻為現代科學做出了巨大的貢獻，無數的證據證明量子力學是正確的。

《相對論》是正確的，量子力學也是正確的，它們之間真的存在矛盾嗎？《相對論》和量子力學就不能互補？兩者是否可以統一？

今天我們就來聊一下《相對論》和量子力學之間問題，看看是否可以在它們之間架起一座橋梁。

熟悉《相對論》的人一定知道時間和空間都是相對的，物體的運動速度越快時間流逝就越慢。空間在運動方向上就壓縮的越短。當運動速度達到光速時，時間就會停止，空間就會從三維壓縮成二維。那麼對於光而言，它的速度達到了光速。時間是停止的，我們過了一天，光只過了零秒，我們過了一年，光還是過了零秒，宇宙過了137億年，光依然是零秒，對光而言時間永遠是靜止的。同時，對光而言宇宙中一切的三維物體，小到一粒芝麻，大到一顆恆星，甚至整個宇宙都是二維平面的，空間對光而言是不存在。

我們看到太陽早上從東方升起，晚上從西方落下，我們看到先有人開槍後才有人中彈，但對光而言，這一切都是同時發生的，太陽同時在天空的任何位置，開槍和中彈也是同時發生的，這就是本人根據《相對論》提出的因果同時性原理。

如果我們把光的世界定義在能量世界，那麼我們就處在物質世界，物質世界的時間和空間對於能量世界是不存在的，因果具有同時性。

什麼是量子？量子就是能量粒子的簡稱，量子就是一團相對靜止的能量。我先來教大家如何理解量子。我們也來做過思維實驗，假設我們可以站在黑洞邊緣，這時從遠處射過來一束光，由於黑洞巨大引力使光無法逃離，這束光只能圍繞黑洞旋轉。在我們看來，這束光是不是變成了一個粒子？是不是從光速運動的能量變成了相對靜止的物質？

有了因果同時性原理我們再來理解量子行為，你就不會覺得它怪異了。

能量世界和物質世界相差一個光速，時間和空間相對不存在。量子世界的一天也好，一年也好，對我們而言都是同時的，量子世界的次序對我們而言沒有意義。對我們而言量子世界的時間是疊加在一起的，所以量子處於疊加態。

量子世界的空間對我們而言同樣也沒有意義，一對糾纏量子之間不管相距多遠，花了多長時間來傳遞信息，對於我們而言都是同時發生的。這就是為什麼量子糾纏不需要時間。

由於量子世界的對我們而言不存在三維空間，一切物質都是二維的，我們把一個三維球壓縮成一個平面圓，我們就會發現這個圓上物質的分布不是平均的，而是從邊緣到中間物質密度越來越大，以波函數的形式分布。同樣，假如一個量子做的是圓周運動，對我們而言它只是概率性的出現在某個地方，圓周運動的概率剛好是正弦波函數。

當我們不去觀測量子時，量子處在疊加態，當我們觀測量子時，就在量子的時間軸上取了一個值，這個時間只對應著量子的唯一狀態，我們這種觀測行為導致了量子疊加態塌縮。

由於量子世界相對我們處在疊加態，量子世界的時空對我們而言不存在，我們的觀測行為只是在量子世界的時間軸上取了一個特定值，所以我們就有可能先觀測到結果，反觀測到原因，但不要誤以為量子世界是先有結果後才有原因的，量子世界的先果後因只是我們的觀測現象。

有沒有直接證據證明這個理論呢？有的，那就是有位獲得諾獎的華人科學家在觀測電子時發現電子有半徑沒體積，是二維的。其實如果他觀測光也會發現光同樣有半徑沒體積，這需要本人的理論解釋，本人有一套完整的理論《旋進場論》可解開一切的本質，有興趣的可以翻閱本人之前發表的文章。