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大家好，我是舒宜昂。今天我們來(lái)聊一聊量子力學(xué)。（文章最后有我個(gè)人對(duì)文章重點(diǎn)的總結(jié)，趕時(shí)間的話可以直接跳到最后面看總結(jié)。）
量子力學(xué)可謂是當(dāng)今科學(xué)界最主要的研究?jī)?nèi)容了，如果我們有能完全了解并運(yùn)用到生活中。那么我們的世界都將會(huì)發(fā)生巨大的改變。然而量子力學(xué)的研究，科學(xué)家們也都還只是在路上。量子力學(xué)有太多和我們常識(shí)不一樣的地方了，畢竟連理解量子力學(xué)的內(nèi)容都需要花費(fèi)一番功夫，所以這條路也還很漫長(zhǎng)。
因?yàn)槲覀兪巧钤谝粋€(gè)宏觀世界，無(wú)論是常識(shí)、常理，還是我們的切身體會(huì)都是宏觀下的認(rèn)知和反應(yīng)。幾乎通過(guò)經(jīng)典力學(xué)和經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)等舊有理論就可以解釋我們?nèi)粘Ｉ畹母鞣N事情。然而當(dāng)科學(xué)家開(kāi)始探究微觀世界的時(shí)候，卻發(fā)現(xiàn)了宏觀世界的舊有理論大部分不適用，于是在一大批物理學(xué)家（愛(ài)因斯坦、普朗克、薛定諤、海森堡等）共同努力下，量子力學(xué)被創(chuàng)立。
到底什么是量子力學(xué)呢？讓我來(lái)介紹一下。量子力學(xué)主要研究原子、分子和凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，是研究物質(zhì)世界微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支。它和相對(duì)論一起構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。除了物理學(xué)領(lǐng)域，量子力學(xué)在化學(xué)等其他學(xué)科與技術(shù)中，也被廣泛應(yīng)用。
量子力學(xué)的創(chuàng)立，拉開(kāi)了微觀世界的大門。不但改變了人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，還改變對(duì)各種粒子之間互相作用的認(rèn)知。許多看似違反常理的事情，在量子力學(xué)下也就解釋得通了。甚至還通過(guò)量子力學(xué)預(yù)言了新的、無(wú)法想象出來(lái)的現(xiàn)象，并在后來(lái)的實(shí)驗(yàn)中證明確實(shí)存在。還形成了量子場(chǎng)論，這是結(jié)合了經(jīng)典場(chǎng)論、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)的物理理論，除廣義相對(duì)論中引力外的其他所有物理基本互相作用，都可以在這個(gè)理論中描述。
在本人前一篇文章為大家介紹了薛定諤的貓，相信大家通過(guò)文章就已經(jīng)體會(huì)到量子力學(xué)的“魅力”了。薛定諤的貓其實(shí)說(shuō)的就是微觀粒子的不確定性，也就是波動(dòng)性。只有當(dāng)我們?nèi)ビ^察的時(shí)候，我們才能讓結(jié)果坍塌為我們看到的。不然各種可能性是共存的，而不是我們所常識(shí)所理解的，他在那里就是在那里，就算你不觀察也在那里。這個(gè)不確定就已經(jīng)是對(duì)我們宏觀常識(shí)的挑戰(zhàn)了。那再來(lái)聊一聊量子糾纏吧。
科學(xué)家所拍第一張量子糾纏圖像
量子糾纏又稱量子纏結(jié)（這一段將會(huì)非?？菰锊⑶矣锌赡芸床欢?，大家可以大概看一下，或者跳過(guò)這段，看我后面舉的例子），是說(shuō)當(dāng)幾個(gè)粒子互相作用后，各個(gè)粒子的特性被結(jié)合為這幾個(gè)粒子的整體性質(zhì)，從而它們?cè)僖矡o(wú)法單獨(dú)顯現(xiàn)各自的特性，都是統(tǒng)一表現(xiàn)為結(jié)合后的整體性質(zhì)。
量子糾纏的假設(shè)實(shí)驗(yàn)是這樣的，假設(shè)一個(gè)零自旋中性π介子衰變成一個(gè)電子與一個(gè)正電子。這兩個(gè)衰變產(chǎn)物各自朝著相反方向移動(dòng)，電子移動(dòng)到區(qū)域A，在那里的觀察者“愛(ài)麗絲”會(huì)觀測(cè)電子沿著某特定軸向的自旋；正電子移動(dòng)到區(qū)域B，在那里的觀察者“鮑勃”也會(huì)觀測(cè)正電子沿著同樣軸向的自旋。
在測(cè)量之前，這兩個(gè)糾纏粒子共同形成了零自旋的糾纏態(tài)，是兩個(gè)直積態(tài)的疊加。電子的自旋有可能是上旋，正電子則為下旋。也有可能兩者反過(guò)來(lái)，電子下旋正電子上旋。這兩種情況是疊加在一起的。只有當(dāng)觀察者“愛(ài)麗絲”或者“鮑勃”去觀測(cè)的時(shí)候，才知道兩個(gè)粒子的自旋情況（這里就是薛定諤的貓，觀測(cè)才坍塌結(jié)果）。
因?yàn)閮蓚€(gè)粒子互相糾纏互相聯(lián)系，所以當(dāng)我們只觀測(cè)其中一個(gè)的自旋情況，就可以馬上得知另一個(gè)的情況。這種糾纏的情況是和空間關(guān)系不大的，即使是兩個(gè)電子分隔非常遠(yuǎn)，仍會(huì)有這樣的關(guān)系。
讓我從宏觀的角度來(lái)舉個(gè)例子。我是只會(huì)唱歌的人，而另一個(gè)人是只會(huì)跳舞的人，我們兩個(gè)人組成了一個(gè)樂(lè)隊(duì)。然而在組團(tuán)之后，我們兩個(gè)人互相學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)了對(duì)方的技能，也就是說(shuō)我們兩人現(xiàn)在都會(huì)唱跳，并且兩人的技能水平也都是一樣的。但當(dāng)我們兩個(gè)演出的時(shí)候，永遠(yuǎn)只有一個(gè)人唱一個(gè)人跳。
在你們還沒(méi)看到我們演出之前，大家是不知道今天是誰(shuí)唱歌是誰(shuí)跳舞的。即使是當(dāng)我們兩個(gè)無(wú)法出門，不在一起，各自在家里直播為大家表演，我們?nèi)匀贿€是一個(gè)唱歌，一個(gè)人跳舞。所以當(dāng)你看到我們其中的一個(gè)人的時(shí)候，就可以知道另一個(gè)人表演什么了。當(dāng)然這個(gè)從宏觀的例子無(wú)法完全準(zhǔn)確的表達(dá)，還是需要大家自己再理解一下。
量子糾纏是一種物理資源，就好像時(shí)間、能量等，可以萃取與轉(zhuǎn)化，所以在量子信息學(xué)上有廣泛的應(yīng)用。就單單一個(gè)量子糾纏都已經(jīng)可以被應(yīng)用了，何況整個(gè)量子力學(xué)呢。以上只是為大家簡(jiǎn)單介紹了一下，量子力學(xué)中最基礎(chǔ)的東西。深入下去，還有更為復(fù)雜難懂的內(nèi)容，這里就不展開(kāi)了。有興趣的也可以自己再了解了解，不然無(wú)需深究。
個(gè)人覺(jué)得是重點(diǎn)的總結(jié)：
1. 量子力學(xué)若被應(yīng)用于日常，那我們的生活將發(fā)生翻天覆地的變化，不過(guò)前路漫長(zhǎng)。
2. 因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)探究微觀時(shí)間時(shí)，舊有理論不適用?？茖W(xué)家們才一同創(chuàng)立了量子力學(xué)。
3. 量子力學(xué)主要研究原子、分子和凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)，是研究物質(zhì)世界微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支。它和相對(duì)論一起構(gòu)成現(xiàn)代物理學(xué)的理論基礎(chǔ)。除了物理學(xué)領(lǐng)域，量子力學(xué)在化學(xué)等其他學(xué)科與技術(shù)中，也被廣泛應(yīng)用。
4. 量子力學(xué)改變了人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，還改變對(duì)各種粒子之間互相作用的認(rèn)知。還解釋了很多看似違背常規(guī)的東西。
5. 量子力學(xué)結(jié)合了經(jīng)典場(chǎng)論、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)形成了量子場(chǎng)論。除廣義相對(duì)論中引力外的其他所有物理基本互相作用，都可以在這個(gè)理論中描述。
6. 量子糾纏又稱量子纏結(jié)，是說(shuō)當(dāng)幾個(gè)粒子互相作用后，各個(gè)粒子的特性被結(jié)合為這幾個(gè)粒子的整體性質(zhì)，從而它們?cè)僖矡o(wú)法單獨(dú)顯現(xiàn)各自的特性，都是統(tǒng)一表現(xiàn)為結(jié)合后的整體性質(zhì)。
7. 宏觀角度解釋量子糾纏。我是只會(huì)唱歌的人，而另一個(gè)人是只會(huì)跳舞的人，我們兩個(gè)人組成了一個(gè)樂(lè)隊(duì)。然而在組團(tuán)之后，我們兩個(gè)人互相學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)了對(duì)方的技能，也就是說(shuō)我們兩人現(xiàn)在都會(huì)唱跳，并且兩人的技能水平也都是一樣的。但當(dāng)我們兩個(gè)演出的時(shí)候，永遠(yuǎn)只有一個(gè)人唱一個(gè)人跳。在你們還沒(méi)看到我們演出之前，大家是不知道今天是誰(shuí)唱歌是誰(shuí)跳舞的。即使是當(dāng)我們兩個(gè)無(wú)法出門，不在一起，各自在家里直播為大家表演，我們?nèi)匀贿€是一個(gè)唱歌，一個(gè)人跳舞。所以當(dāng)你看到我們中的一個(gè)人的時(shí)候，就可以知道另一個(gè)人表演什么了。當(dāng)然這個(gè)從宏觀的例子無(wú)法完全準(zhǔn)確的表達(dá)，還是需要大家自己再理解一下。
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