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为什么量子力学和相对论存在矛盾,而量子纠缠与相对论却属实正常

量子纠缠之所以一直以来都受到各种非议,就是因为量子纠缠有一种鬼魅般的超距作用,这似乎和相对论是矛盾的,因为相对论不允许任何物质的速度超过光速。即便是爱因斯坦,在开始的时候都不赞同量子纠缠,他就是通过提出EPR缪样(量子纠缠的起源)来反对量子力学的。但是,后续的实验却都证明了量子力学确实是微观粒子世界运行的基本规律,整个粒子世界都是概率和不确定的。爱因斯坦讨厌这些,他认为上帝不会挣骰子,但是却又不得不承认量子力学确实能够描述微观世界,承认量子力学在物理学中的地位。而后续的科学家们,也慢慢把量子力学完备了起来,成为了现代物理学的两大支柱之一(另外一个是相对论)。

而量子纠缠作为量子力学里面的一个现象,自然而然是客观存在的,正确的。而目前,人们早已经实现了纠缠态量子的制备,特别是我国的潘建伟院士,不仅实现了超远距离的量子纠缠分发,还首次制备了6个光子3个自由度的多粒子纠缠态制备。这些实验结果切切实实地证明量子纠缠不仅仅是理论预言,而是确确实实存在的客观事实。

那么为什么量子纠缠可以看似超光速而违反相对论呢?我想可以从两个方面了解释:

1.量子纠缠,两个量子之间并没有信息传递,它们是一个整体,这样也就并不违反相对论。

两个纠缠态的粒子,只能用一个状态函数描述它们整体的状态,而不能去分别描述单个粒子。就是说,一旦两个粒子纠缠,这两个粒子就失去了自身原来的各自属性,合二为一的变成了一个统一的整体。只有我们在观测它们的时候,把它们的纠缠态破坏掉,它们才会恢复自由状态,重新拥有各自的特征属性。

但是问题就出在这个恢复各自状态的过程中:纠缠态粒子各自恢复自己的状态时,是随机恢复的,并不是原来是咋样恢复后还是咋样。比如两个光子,一个自旋上,一个下。如果纠缠后,这两个光子就没有了自身的自旋态,而是统一到了一个整体的自旋态上。当纠缠态被打破时,这两个光子随机的获取自旋为上的量子态或自旋为下的量子态,完全是一个概率问题,是“上帝在争骰子决定那个光子获得自旋为上的状态,那个获得为下的状态”。当然,这也就是量子力学的本质,一切都是随机的、概率的。

所以,在纠缠态打破时,粒子这样随机的获取量子态,更本就没有传递信息。也就无从说量子纠缠超越了光速,超越了时空。

2.量子力学和相对论本来就有矛盾,量子纠缠看似违法相对论也属实正常。

本来量子力学和相对论就有矛盾,量子力学认为一切力都是粒子交换的结果,而相对论则认为引力是时空扭曲的结果。更进一步,相对论和量子力学在四种力的统一和形成问题上,存在了本质矛盾。所以,虽然目前相对论和量子力学都是正确的,但是总有一天会发现二者之一必有一个具有一定的局限性,或许它们都是某个更为高级理论的近似结果,就像牛顿经典力学只是相对论某些情况下的近似。

所以,量子纠缠在目前来看,似乎和相对论矛盾。但是,在更高一级理论来看,却是统一的。因为更高一级理论,完全研究透彻了量子纠缠的基本原理,彻底修补了相对论和量子力学的缺陷,使它们有机地融合在了一起。

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