阅读笔记 -- 《量子纠缠》

01 纠缠的开始(续)

当我们了解了”量子纠缠”的非凡意义后,无论是概念中的”量子”还是”纠缠”,更深入的理解都需要对量子论的发展进行溯源。

首先是”量子”,我们研究的”量子”定义为构成现实事物–不管是光子,原子还是电子–的微小能量和物质。起初,”量子”仅仅是马克斯·普朗克面对一个有关黑体辐射的不合理推断的解决方案: 这个不合理的推断意味着黑体辐射理应产生越来越多高频光线,进而产生无限能量,在普朗克引入”量子”作为能量划分单位后,黑体辐射的理论计算与实验吻合得相当完美,这意味着不合理已然迎刃而解。对普朗克来说,量子是不存在的,它仅仅是一种手段以帮助找到可行的解释,不必与事实相联系。他不会想到,这个看似虚幻的概念将在爱因斯坦和玻尔间擦出怎样的智慧火花。

量子论的第一次突破开始于1905年的一篇论文,文中爱因斯坦认为光就是由量子所构成,这种光的”粒子说”不仅赋予了量子以真实性,更进一步地动摇了牛顿理论中”波动说”–光是一种波–的统治地位。

然而当时,牛顿的”波动说”和爱因斯坦的”粒子说”都有其坚定的簇拥者,即1801年托马斯·杨的双缝干涉实验和光电效应。为了解决这些争论不休,德布罗意,海森堡,薛定谔和狄拉克,这些改造升级了量子理论的科学家开始了量子论的第二次突破。这次突破的最大贡献在于宣告了量子论的正式建立,其次,描述波如何随时间变化的波动方程和描述电子运动的矩阵方程促使了波动力学和矩阵力学的正式建立。

虽然这些成果高深莫测,但无一不是将牛顿”波动说”和爱因斯坦”粒子说”相结合的失败尝试。就连赫赫有名的薛定谔波动方程也是如此: 一旦用于描述量子微粒特性时,不可避免的自由度就会出现以至于方程变得极度复杂以至于无法求解。

就在这时,马克斯·波恩将概率引入量子世界,找到了薛定谔波动方程的解决方案从而让它变得可用,这仿佛是黎明前的一抹曙光,带来了量子论的第三次突破; 与此同时,量子理论最为坚定的支持者,尼尔斯·玻尔–爱因斯坦在量子纠缠上主要斗嘴对手和朋友–开始活跃于量子舞台之上; 更精彩的是,在爱因斯坦与玻尔矛盾最为激烈的那次争论上,”纠缠”渐渐浮出水面,显露出它的奇幻般的魔力与色彩。

Ziqiang Huang wechat
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