爱因斯坦难解的量子之谜

记录片美国2018

主演:内详

导演:Jamie,Lochhead

 剧照

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更新时间:2023-08-31 20:52

详细剧情

Quantum entanglement is poised to revolutionize technology from networks to code breaking–but first we need to know it’s real. Join physicists as they capture light from across the universe in a bid to prove Einstein’s “spooky action at a distance.”

 长篇影评

 1 ) 空间根本不存在?

一周前(2019.1.9)首播的纪录片《爱因斯坦难解的量子之谜》(Einstein's Quantum Riddle,2018),纪录下安东·塞林格(Anton Zeilinger,1945- )领导的一个科学家团队所进行的一个宇宙级别的“量子纠缠”(quantum entanglement)实验的细节。

量子力学理论确立之后,科学家预见到,处于“量子纠缠”状态下的两个粒子,无论它们相隔有多远,却能瞬间互动。

爱因斯坦(Albert Einstein,1879-1955)认为这是不可能的,虽然从理论上还找不到其破绽,但好像与他伟大的“相对论”有矛盾之处。

“相对论”指出,跑得最快的是光,用光来传递信息,就算是太阳与地球这么近的距离,也要跑 8 分钟,怎会在收到信息之前,就“知道”彼此在干什么?

爱因斯坦怀疑“量子论”是个不完备的理论,一时未找到其死穴而已,还嘲讽“量子纠缠”为“鬼魅般的超距作用”。

爱因斯坦魂归天国 9 年之后,在 1964 年,约翰·贝尔(John Bell,1928-1990)发表了一篇论文,指出可以用科学实验来证明谁是谁非。

双通道贝尔测试原理图

1972 年完成首个贝尔测试,结果显示爱因斯坦输了。

不过,所有做过的实验,其中的“随机性”这一环节被人质疑。爱因斯坦还没输定。

塞林格的团队想到,用宇宙深空两颗“类星体”在几十亿年前就已发出的随机光波,来代替前人实验中即时产生的随机信号。

实验的结果,还是与量子论的预测相符。爱因斯坦这回输定了。

不过更重要的是,这个科学实验排除了下一个划时代的重大科学应用,譬如量子加密、量子计算机等被建立在一个存有隐患的理论上的可能性。

这部纪录片还报道了中国科学家潘建伟(1970- )的团队在 2017 年,利用世界首颗量子科学实验卫星,国产的“墨子号”,成功将一对相距超过 1200 公里的光子保持在“量子纠缠”状态。

现在的科学家已经坦然接受“一切皆可能”这种看似奇怪的论调。构成宇宙的基本粒子,它们表现出来的现象无论是多么的诡异,无论是多么的不可思议,我们只能面对和正视。

“量子纠缠”暗示着“空间”很可能只是人类的一个错觉,起码在构成宇宙的这些基本粒子“眼”中,空间是不存在的。

或许,成见一被放下,宇宙的大秘密,很快就水落石出。

2019.1.18 http://william-ho.lofter.com/post/6c3aa_12d6d5891

 2 ) 幽灵般的超距作用

爱因斯坦说他并不屑于琐屑的具体问题,他仅仅是想知道,所谓的上帝,是如何创造这个世界的。

一、量子纠缠的起源

1927年在布鲁塞尔召开第五届索尔维会议,量子力学理论被提出。

量子理论认为物质内部的微小粒子,如原子及其轨道电子并非实心球体,而是既模糊又不确定。粒子在被探测前,并非实体,而是概率波的形式存在,只能描述其在某处的概率。

轨道理论到电子云理论

电子的传播,在被探测前,电子以概率波存在,没有具体位置

理论提出后与物理学传统的观念发生冲突,在爱因斯坦与波尔等量子力学支持者间进行了大辩论。

1935年爱因斯坦与两个助手从量子力学的理论推导出,EPR佯谬。

爱因斯坦认为粒子应该一直都是实在的,它们肯定还有神秘深奥的物理性质从而在一开始就决定了其性质,其魔术般的行为,必然有一个隐秘的解释,但量子理论缺少这个隐秘理论的支持,所以指出量子力学时不完备的。

ERP佯谬

量子力学的方程预测了一种粒子之间不可能的关联。两个随机过程,结果却是相关的,无视距离。

波尔回应:一个粒子能以某种神秘方式影响另一个,存在量子纠缠。

二、量子纠缠的验证

30-40年代,量子纠缠未有进展,但量子力学理论的应用开始在各领域展开,

曼哈顿计划:原子弹、贝尔实验室激光器、晶体管。

1964年,约翰·贝尔证明了,波尔和爱因斯坦的理论,对粒子行为做出了不同预测,

如果能随机对每个粒子进行二选一的测验,并检查结果的相关性,就知道哪个理论是正确的

几年后,克劳泽和弗里德曼进行贝尔测试实验,实验结果符合量子力学的强相关性特征。

贝尔测试实验

由于克劳泽和弗里德曼的贝尔检测实验可能存在漏洞,实验方法可能产生纠缠假象

可能存在仪器问题,使光子并非真正随机选择了滤光镜,可能存在共性因素,悄悄影响了实验设计和要发射的粒子类型。

量子纠缠的终极实验,以宇宙为背景的“贝尔检测实验”

实验结果符合量子力学的强相关性特征。

三、量子纠缠的应用

1.量子计算机

传统的计算机以bit(位)来记录数据,通过晶体管的[0,1]状态进行描述。量子计算机使用的是量子位,不只是[0,1],可以是二者的叠加

不止粒子间存在量子纠缠,量子比特群也能被纠缠连接,用来制造量子计算机

量子比特越多,信息处理能力越强,能解决传统计算机不能解决的问题

2.量子加密

中国科技大学的潘建伟团队,发射世界首个量子通讯卫星,使量子信息传递的更远

准备在加拿大、非洲一些国家建立地面站,用卫星实现全球量子通讯

四、量子纠缠对时空观的思考

空间中的两点可以即时交流,随着空间的消失,这就不再成为问题,最终,就只剩下这个量子力学世界,不再有空间的概念,EPR悖论也不存在。

ps:好久没接触物理,一段时间来满脑子都是社会科学的东西,兴趣也在慢慢向那边转移。偶然看了个科普片,发现还能激荡起些许心绪,还没完全沦为个“俗人”。

 短评

关于量子纠缠的科普纪录片。都是已经知道的内容,但还是看的津津有味。为站在科学前沿探索的科学家们鼓掌,世界因为你们越变越宽广。

8分钟前
  • 小宗
  • 力荐

这个不是零基础……主讲量子纠缠。人物和历史属于老生常谈,但毕竟是近期的出品,展示了一些实用成果,以及一个被认为彻底去除了随机性漏洞的宇宙实验来重新证明量子纠缠现象。最后提了一笔空间的量子本质理论。

11分钟前
  • 子夜
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不明觉厉的人类大脑、量子力学、量子纠缠、量子计算机……20200301,BBC版。

12分钟前
  • 罗子
  • 力荐

How long will it take from the Nobel winning cosmic Bell‘s Test to that single equation?

14分钟前
  • 真的一点不困呢
  • 力荐

我还是第一次知道有量子纠缠这个概念,一上来着实让我这个物理差生懵逼了一下。两个相隔甚远的粒子却总能即时交流,产生如镜像一般的反应,这个现象确实很难理解,因为正常来说确实凡事有个先后顺序,而这一现象属于是因与果同时发生了,而中间也看起来没什么必然的交流方式。所以爱因斯坦和波尔就这个问题产生了长久以来的“辩论”。片子上来就发现空镜很多是上海街景,我还纳闷呢,后来发现有上海科学院的采访,再一查才知道我国在量子通信技术上目前领先全球,发射了世界第一个量子通信卫星,墨子号,赞。

15分钟前
  • Claudia
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看不懂的量子理论,估计是对人类眼中的时间、空间概念的颠覆性认知?

16分钟前
  • 静下心来
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牛啊

17分钟前
  • 栖梧
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目瞪口呆,颠覆认知,宇宙间没有什么伟大光荣正确。

20分钟前
  • 尽在今夜
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是微观世界如此反常理 还是人类认知的局限性 上帝是掷骰子的

22分钟前
  • Leito
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第二次因为读量子力学湿眼眶

27分钟前
  • NAVIS.
  • 力荐

对《世界观》量子理论部分的延伸学习。纪录片一般。再看看BBC的。

30分钟前
  • vanvan
  • 还行

广义相对论和量子纠缠的悖论

31分钟前
  • novich
  • 还行

宇宙很大,生活更大,有缘就在量子纠缠。

36分钟前
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一遍撸不懂

37分钟前
  • 烧北
  • 推荐

The fundamental motivation is to know how the nature works.

42分钟前
  • kal
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国外的科教节目将量子纠缠的来源、发展历史以及当下的应用解释得通俗易懂,一想到微观领域的量子超越空间限制,相互影响彼此,不由感觉真实世界如何构成真的是很奇妙。就如爱因斯坦提出,他更关心上帝在创造世界的时候在想什么,量子纠缠真的颠覆了人类对世界固有的认知,如今的我们是不是就如以前那些相信掌握了真理的前人那般,陷入一叶障目而不自知?

46分钟前
  • 一一 啦
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Mind blowing

47分钟前
  • Paaaaaaaardon?
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获得诺贝尔奖啦!Clauser:你看我那时头发多多呀哈哈哈哈哈哈哈哈哈

49分钟前
  • 🧀️
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量子纠缠:量子粒子并没有通信,所以也没有信息超过光速的说法。量子纠缠在底层就是波,表面是粒子。全息宇宙理论是正解!

53分钟前
  • 银河系吐槽指南
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浅,不深,粗略。

56分钟前
  • 纳兰
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