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        何為“量子”
        發布時間:2013-11-22 12:25:02 點擊瀏覽:

          什么是“量子”?它和“原子”、“電子”、“中子”這些客觀存在的粒子一樣也是一種物質實體嗎?答案是否定的?!傲孔印辈皇且环N粒子,在物理學中提到“量子”時,我們實際上指的是微觀世界的一種行為傾向:物質或者說粒子的能量和其他一些性質(統稱為可觀測物理量)都傾向于不連續地變化。例如,我們說一個“光量子”,是因為一個光量子的能量是光能量變化的最小單位,光的能量是以光量子的能量為單位一份一份地變化的。其他的粒子情況也是類似的,例如,在沒有被電離的原子中,繞核運動的電子的能量是“量子化”的,也就是說電子的能量只能取特定的離散的值。只有這樣,原子才能穩定存在,我們才能解釋原子輻射的光譜。不僅能量,對于原子中的電子,角動量也不再是連續變化的。量子物理學告訴我們,電子繞原子核運動時也只能處在一些特定的運動模式上,在這些模式上,電子的角動量分別具有特定的數值,介于這些模式之間的運動方式是極不穩定的。即使電子暫時以其他的方式繞核運動,很快就必須回到特定運動模式上來。實際上在量子物理中,所有的物理量的值,都可能必須不連續地、離散地變化。這樣的觀點和經典物理學的觀點是截然不同的,在經典物理學里所有的物理量都是連續變化的。
            上世紀初,物理學家普朗克最早猜測到微觀粒子的能量可能是不連續的。但要堅持這個觀點,就意味著背叛經典物理學。保守的普朗克最終放棄了這個觀點,對于他個人這是一件極為遺憾的事。然而,大量的實驗事實迫使物理學界迅速地接受這樣的觀點,將其發展起來,并結合其他一些公設如“量子態疊加原理”、“概率性測量原理”等,建立了如今的量子物理科學。


        薛定諤貓和量子疊加態
          量子態疊加原理和概率性測量原理會導致一些違反經典世界常識的結論。參看下圖,信息論中最基本的概念就是經典比特。一個經典比特的值或者是1或者是0,不會有第三種情況。然而量子態疊加原理,卻允許一個0和1的疊加狀態,這個狀態既不是0,也不是1,如果測量它,那么它可能是1也可能是0。
        著名的“薛定諤貓”形象地描述了這個佯謬。在經典世界里,貓不是活的,就是死的,然而,一只量子的貓卻可以處在“死”和“活”的疊加狀態上。那么這只量子“薛定諤貓”到底是死的還是活的呢?
        測量原理給出的答案是,如果你不去看這只貓,它既不是死的也不是活的!如果你去看這只貓,那么它有時是死的,有時是活的!


        疊加態和薛定諤貓

        量子糾纏

        量子糾纏是另一種違反經典世界常識的量子現象??紤]兩個粒子組成的量子體系,它的量子疊加態會有什么特殊之處嗎?量子力學預言說,可以制備一種兩粒子共同的量子態,其中每個粒子狀態之間的關聯不能被經典的解釋,為量子關聯,這樣的態稱為兩粒子量子糾纏態。愛因斯坦的“相對論”指出:相互作用的傳播速度是有限的,不大于光速??墒?,如果將處于糾纏態中的兩個粒子分開很遠,當我們完成對一個粒子的狀態進行測量時,任何相互作用都來不及傳遞到另一個粒子上。按道理講,另一個粒子因為沒有受到擾動,這時狀態不應該改變。但是這時另一個粒子的狀態受到關聯關系的制約,已經發生了變化。這一現象被愛因斯坦稱為“詭異的互動性”。它似乎違反了愛因斯坦的“定域因果論”,因此量子糾纏態的關聯被稱為非定域的關聯。量子糾纏指的就是兩個或多個量子系統之間的非定域的量子關聯。量子糾纏的非定域、非經典性已由大量的實驗結果所證實??茖W家認為,這是一種“神奇的力量”,可成為具有超級計算能力的量子計算機和量子保密系統的基礎。實際上,科學家們發現量子糾纏還有很多奇妙的應用,可以在許多領域中突破傳統技術的極限。


        這兩個量子骰子是互相糾纏的,當你把其中一個擲出六點時,另一個也必定是六點。

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