当两个或多个粒子彼此相互作用之后,单个粒子具有的性质综合为整体属性,这时候就无法单独描述单个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,这种现象就是量子纠缠。
由于量子纠缠描述的是整体性质,所以纠缠中粒子的状态发生改变,其他粒子也会瞬间发生改变,这种诡异现象被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”,看起来好像两个粒子可以瞬间感应到彼此,速度远超光速。
不过量子纠缠并没有违反爱因斯坦相对论中的光速限制,因为纠缠中的粒子感应到彼此,并没有传递任何信息。
量子纠缠到底是如何发生的呢?
首先,我们需要明白什么是量子,它并不是某种粒子,而是具有量子现象的微观粒子的统称。何为“量子现象”?通俗理解,普朗克常数能发挥作用的现象就是量子现象。如果一个物理量存在最小的不可再分的基本单位,我们就称这个物理量是可量子化的,最小单位就被称为量子。
所有的微观粒子都具有波粒二象性,可以通俗理解为它们既是粒子又是波,但更本质来讲,微观粒子其实是波,而微观粒子表现出来的粒子性其实就是“波包”,也可以理解为“能量包”。
这就意味着,所谓的微观粒子其实不是“粒子”,不能看做质点,微观粒子的状态只能用波函数来描述,而波函数是可以叠加态。一旦两个粒子形成叠加态的时候,就无法区分单个粒子的状态。
而量子纠缠其实就是形成叠加态的两个粒子的状态。
刚才说了,我们只能用波函数描述微观粒子的状态,而波函数的覆盖范围是很广的,理论上可以覆盖到宇宙的每个角落,这也是为什么我们会说微观粒子无处不在,可以随机出现在每个地方。
这也是为什么纠缠中的粒子无论相距多远,都可以瞬间感应到彼此,因为它们之间波函数叠加之后的叠加态可以延伸很远,当我们观测任何一个粒子时,叠加态就会瞬间发生坍缩,纠缠状态结束,每个粒子的状态就确定下来了。
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