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亟需打破的 10 大量子神话——
光子盒研究院
几个世纪以来，物理定律似乎是完全确定的。
如果你知道每一个粒子在哪里、它的运动速度有多快，以及在任何一个瞬间它们之间的作用力是什么，你就可以准确地知道它们在未来的任何时刻会在哪里、会做什么。从牛顿到麦克斯韦，支配宇宙的规则没有任何内在的、固有的不确定性。
——唯一的限制来自于人类有限的知识、测量和计算能力。
100多年前，这一切都改变了。从放射性到光电效应，再到光通过双缝时的行为，我们开始意识到，在许多情况下，我们只能预测宇宙量子性质所导致的各种结果的概率。但是，伴随着这一新的、反直觉的现实图景，许多神话和误解也随之产生。以下列举了其中10种说法背后的真实科学依据。
当我们想到量子效应时，我们通常会想到单个粒子（或波）以及它们所显示的奇异特性。但是，大尺度的宏观效应的发生本质上就是量子效应。
例如，冷却到一定温度以下的导电金属会变成超导体：它们的电阻会降至零。建造超导轨道，让磁铁悬浮在轨道上方，并在轨道周围移动而不会减速，这是目前学生的常规科学项目，它建立在固有的量子效应之上。
超流体可以在宏观尺度上被制造出来，同时振动和不振动的量子鼓也可以被制造出来。在过去25年中，有6项诺贝尔奖授予了各种宏观量子现象。
我们可以将物质（或能量）分割成单个块状物（或量子），这是物理学中的一个重要概念，但它并不完全涵盖 “量子”本质的含义。例如：原子，原子由原子核组成，原子核上有电子。现在，请思考这个问题：电子在任何时刻都在哪里？
尽管电子是量子实体，但在测量之前其位置是不确定的。将许多原子结合在一起（如导体），我们会发现，虽然电子占据的能级是离散的，但它们的位置却可能在导体的任何地方。
许多量子效应在本质上是连续的，在基本的量子水平上，空间和时间也是连续的。
我们可以假设这样一个实验：
- 创建两个纠缠粒子；- 将它们分开一段距离；- 在一端测量一个粒子的某些量子特性（如自旋），我们就可以在瞬间知道另一个粒子的量子态的某些信息：比光速还快。
但这个实验的问题是：没有任何信息的传输速度超过光速。所发生的只是，通过测量一个粒子的状态，我们限制了另一个粒子的可能结果。如果有人去测量另一个粒子，他们将无法知道第一个粒子已被测量——纠缠已被打破。确定纠缠是否已被打破的唯一方法是将两个测量结果重新组合在一起：这一过程只能以光速或更慢的速度进行。
信息传递的速度不可能超过光速。
想象一下，一个系统可能处于多种量子态。
也许它处于A 状态的概率为55%，处于B状态的概率为30%，处于C状态的概率为15%。然而，进行测量时，我们永远不会看到这些可能状态的混合；相反，我们只能得到一个单一状态的结果：要么是 A、要么是B，要么是 C。
作为中间计算步骤，叠加对于确定可能的结果（及其概率）非常有用，但我们永远无法直接测量它们。此外，叠加并不同样适用于所有可测量的东西，因为我们可以有一个矩的叠加，但没有位置的叠加，反之亦然。
与作为基本量子现象的纠缠不同，叠加不可量化或测量。
物理学是关于你能在这个宇宙中预测、观察和测量什么。然而，在量子物理学中，有多种方法可以设想在量子水平上发生了什么，而这些方法都与实验结果一致。
现实可以是：
- 一系列量子波函数，在测量时瞬间“坍缩”；- 量子波的无限集合，测量选择集合中的一个成员；- 在“quantum handshake”中相遇的前向运动势和后向运动势的叠加。- 与可能的结果相对应的无限可能的世界，我们只是占据了其中的一条路径、以及许多其他路径。
然而，选择一种解释而不是另一种解释，除了我们人类自己的偏见之外，我们什么也得不到。最好的办法是了解我们在各种条件下能够观察和测量到的物理上真实的东西，而不是偏爱一种在实验上没有任何益处的解释。
事实上，量子瞬移（隐形传态）是一种真实存在的现象，但它并不意味着将一个物理物体从一个地方瞬移到另一个地方是物理上可能的。如果把两个纠缠在一起的粒子，并保持其中一个在附近，而将另一个发送到所需的目的地，我们就可以将信息从一端的未知量子态传送到另一端。
不过，这有很大的限制：包括它只适用于单个粒子，而且只能传送不确定量子态的信息，而不能传送任何物理物质。
即使可以将其扩展到传输编码整个人类的量子信息，传输信息与传输物质也是不同的：我们不可能用量子隐形传态技术传送一个人，永远不可能。
有些事情是不确定的，但在量子宇宙中，许多事情是非常明确和众所周知的。以电子为例，我们无法知道：
- 它的位置和动量；- 它在多个相互垂直方向上的角动量。
在任何情况下都无法同时精确地知道。但是，我们可以准确地知道电子的某些特性！例如，我们可以确切地知道它的静止质量、电荷或寿命（似乎是无限的）。
量子物理学中唯一不确定的是物理量对，它们之间有特定的关系：即共轭变量对。这就是为什么能量与时间、电压与自由电荷或角动量与角位置之间存在不确定关系。尽管许多量对之间存在固有的不确定性，但仍有许多量是完全已知的。
如果你能把两个完全相同的粒子（比如两个质子或两个电子）放在一个完全精确的刻度上，会发现，它们的质量总是完全相同的。
但这只是因为质子和电子是稳定粒子，具有无限的寿命。
如果你把那些在很短时间内就会衰变的不稳定粒子，比如两个顶夸克或两个希格斯玻色子，放在一个完全精确的刻度上，你就不会得到相同的数值。
这是因为能量和时间之间存在着固有的不确定性：如果一个粒子只能存活有限的时间，那么这个粒子所具有的能量（根据E = mc²，静止质量）就存在着固有的不确定性。在粒子物理学中，我们称之为粒子的“粒径(width)”，它可以导致粒子固有质量的不确定性高达百分之几。
诚然，爱因斯坦有一句名言：“上帝不和宇宙玩骰子”。但是，反对量子力学固有的基本随机性（也就是这句话的出处背景）是在争论如何解释量子力学，而不是反对量子力学本身。
事实上，爱因斯坦的论点的本质是，宇宙中可能存在着比我们目前所能观察到的更多的东西，如果我们能够理解我们尚未发现的规则，也许在我们看来是随机的东西可能会揭示出更深层次的、非随机的真理。尽管这一观点没有产生有用的结果，但对量子物理学基本原理的探索仍然是一个活跃的研究领域，并成功地排除了一些涉及宇宙中存在的“隐变量”的解释。
这是量子场论是我们最常用的计算任何两个量子粒子之间相互作用的技术。我们把它们想象成这两个量子之间的粒子交换，以及作为中间步骤可能发生的所有进一步交换。
不过，如果我们将此推断为所有可能的相互作用——科学家称之为“任意循环阶(arbitrary loop-orders)”，那么将一无所获。这种技术只是一种近似方法：一种渐近的、不收敛的数列，在超过一定的项数后就会分解。这是一幅非常有用的图景，但从根本上说是不完整的。
虚拟粒子交换的想法很有说服力，也很直观，但不可能成为最终答案。
参考链接：[1]https://en.wikipedia.org/wiki/Macroscopic_quantum_phenomena[2]https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2020/04/17/this-is-why-space-needs-to-be-continuous-not-discrete/?sh=32f903e874ea[3]https://bigthink.com/starts-with-a-bang/10-quantum-myths/