标题:人们怎样验证量子纠缠?
略微枯燥的一次分享。不过如果什么都狠有趣,那也真是太无趣了。
时间:(周六)上午10:00
前面和后面会说点别的话题,中间比较细节和枯燥。其他话题显得拉拉杂杂,不过因为群友们大多非理工科出身,我自己觉得那是分享课不可或缺的重要部分。
大家各取所需吧~,听着玩或陷入思辨中,都行。
说明一下,我只是复述他们的劳动结果,本身没作任何研究和贡献任何有价值的工作。
大家随时插话提问哈,一些会简单作答,大部分会视若不见,不过会记下来留待以后解答。
假装看不见的一些情况是因为我暂时不懂,一些情况是因为简单的回答往往会让人误入歧途。尽量远离这个时代充斥的碎片式信息,以及因此产生的误解,正是我们搞分享课的原因之一。
还有一种讨厌的情况是,关于细节的追问常常意味着通往更深的深渊,它们通常也恰好是几乎所有人,科学家,主妇,农民……同样面对的困惑和思考。
这些追问正是更宏大或更深刻主题的导火索,很自然会导向时空、黑洞、平行宇宙,甚至物理是客观的吗?数学是完美的吗?以及,这个世界是否真实。
但愿也能逼迫我以后继续学习和分享下去,圣母玛利亚啊,烧脑也是会烧死人的,阿门。
人都有两个世界:自己懂的世界,和自己不懂的世界。
两个世界之间经常有天大鸿沟,就像穷人和富人彼此难以懂得。
我就经常想:老子要是某天有钱了,每天早上都熬两碗粥,吃一碗,倒一碗。多气派!
然后,一定会有理性的真相姐小黄娟(注:一些举例为群友名字,下同)出来笑话我:真是贫穷限制想象力啊!真正的富人,根本就不会为了省米吃稀饭,你懂个屁!他们即使早晨也是吃干饭,明白吗?一大碗全是米的毛干饭!
前者如我,是把不懂的世界纳入自己懂的世界,只习惯于用自己熟悉的方式去理解。
所以我总是盲目自信,迷之自信。只要进了我的框架,天下哪会有我不懂的事,真的,海淀区都容不下我了。
后者如小黄娟,是把自己先站到另一个世界,那个世界她觉得她懂,但其实她也不懂。
不过在她发现真正的富人好像也并不一定这样之后,容易开始既不相信穷人的思维,也不相信富人的世界,反正就是什么都不信,成为一个聪明又愚昧的“智者”。
类似的举动每天都在发生。
说到更神一点的问题,比如我们不懂的量子世界里,某天突然出了个量子纠缠,这下就炸锅了。
量子不懂不敢说,可是纠缠谁不懂啊,不就是这样么:
这叫“身心纠缠”,我习惯这样的纠缠理解方式。
更高阶的是灵肉纠缠,丫头习惯的方式:
这些图大家都见过吧,都是她用过的图,我没瞎编吧。
还有曼曼的灵修萨古鲁,还有星盘,莉蒂用的那些,乌泱泱摆出一片来像个八卦。图没找到。
还有更厉害的,肉都不要了,直接灵魂,叫“灵魂伴侣”,“意念相通”……什么的:
这是tara大神习惯的世界,下周四晚9点大家别忘了听她的分享。
还有更更厉害的。人都不要了,直接就是神,肯定飞出五行之外。冥冥之中,佛早已等在那里:
这个,厉害吧。这种人,要跟他试图讲点道理和人话,一切免谈,宇宙已经容不下他。
这些例子是想说,人们确实是这样,每个人习惯用自己习惯的方式去解释这个世界。
自然的,什么都不信的小黄娟,以“理性”的方式出来说话了:你们这是瞎扯,而且科学家怎么就能证明量子纠缠呢?有限远是可能的,无限远怎么证明呢,这里面有没有什么漏洞呢?
只要她一下没想明白的地方,她就不信,不信,就是不信。
今天粗浅分享一点量子纠缠的实验细节,给那些对自己不了解的世界持一概否认态度的人证明一下:有太多比我们更聪明的人,他们穷尽智慧在证明给我们——看,这世界真的是这么奇怪的。
至于前一种问题:心念相通、意识主宰世界、至高的神、真实和虚幻的世界 —— 这些真的是瞎扯吗?未必。我们最后再回头重新审视一下这个问题。
先简单说下什么是量子。量子指的是:如果什么东西存在最小的、不能再被分割的基本单位,那么这个东西就是量子化的,这个最小的基本单位就是量子。
在宏观世界中,能量是连续、持续变化的,我们可以取它的任意值。微观世界里不是这样的,能量是某个基本单位(量子)的整数倍。
可以简单理解为原子是构成物质的基本单位,量子是构成能量的基本单位。
当然后来人们发现,量子化绝不仅仅局限于能量。自旋、电荷等物理量也同样是量子化的,所以只要是不能再被分割的某种属性单位都可以叫量子。
所以量子确实是描述微观世界的一个东西,不过它本身并不是一种实际存在的粒子,只是人为定义的一个物理概念。是个概念。
就好比我们把地球自转一圈视为一天,那么一天就是一个人为定义的物理量,而地球自转这种运动则是真实存在的——微观世界里,原子和量子可以类比为这种关系。
(语音补充)量子概念主要掌握两个要点:不可再分割的最小单位,离散的(相对于连续)。比如对一个人的爱是连续的,不能说我对你有3个爱4个爱;但悄悄给喜欢的人带大白兔奶糖,今天带1颗,明天带3颗,糖是离散的。
只要掌握核心,概念可以在日常生活中被延伸,比如宿舍里A同学帮大家买米饭,B同学说带3两半,A说“量子化报名”,B就改口要么3两要么4两。这次对话就完成了。
理工生蛮好玩,他们之间经常使用科学语言,描述世界往往更精确、清晰、简洁。虽然文科生可能会觉得他们无趣,其实是因为没听懂。
费这么多口水是因为这段时间爆火的一个量子波动速读班,简直让我充满了量子力学般的愤怒。
传说只要上了这个班,来自宇宙的神秘力量就会让人拥有非凡学习能力。1-5分钟,翻扑克牌那种速度,就能读完几十万的书,而且能学习和复述出来那种。
传说中他们也使用了量子纠缠大法,只要用心去感受,就有革命般的效果(点击下图可得链接)。
所以需要讲细一点。不过如果讲太深了,大家随时提醒我。
大家知道,在极宏观世界里,爱因斯坦的相对论揭示了一些超越当时人们常识的知识,时空扭曲什么的;微观世界在量子力学的迅速发展中,也发现些奇怪事情,这些事跟我们的日常生活经验完全不同。
其中特别大一个事是:日常的东西是确定状态的(比如一个人是男还是女,比如红旗是红色,比如一个桌子在动还是没动,朝左边动还是朝右边动),但是!构成日常东西的粒子的状态却是不确定的。
比如电子从垂直磁场穿过时候,自旋可能向上,也可能向下。究竟是向上还是向下呢?
无法预知!完全是随机的。
很自然的想法是,那这和宏观世界里抛硬币差不多嘛。然而,并没有差不多,是两回事。
如果我们知道这硬币的一切,质量,投掷的力度角度,气流和灰尘的状况……理论上,人们能计算出硬币究竟会哪一面朝上。我说的是理论上哈。
但自旋不是这样,让你知道电子和磁场的一切状态,也无法预知电子会向上还是向下。
不是实际上无法预知,是理论上也无法预知。
自旋方向只是个例子,这种不确定性在量子世界里无处不在。人们给这种不确定特征起了个名字,叫“模糊性”。
无法预知、不可预测,这样“模糊性”的事简直太让物理学家们蒙羞了,难以容忍。因为物理学的要义就是为自然世界找出“确定的”规律。
难以容忍的人肯定是大神们首当其冲。其中一个大神是爱因斯坦。
他的想法是,世界不会是模糊不清的。如果模糊不清,那是我们还没有找到一种足够厉害的,超越量子力学的理论来精确预言。
一旦找到了,就像只要拥有充足信息,人们就能准确计算出硬币如何落地一样——这将和宏观世界里的运行规律并无本质区别。
爱因斯坦的这种思想有一句传神的名言,他信上帝(顺便一说,最牛逼的科学家往往都信神,管他是上帝还是佛陀,反正走到最后简直是非信不可),不过他所信的那个上帝,在创造世界时“是不会掷骰子”的,会有完美的规律。
一些人(主要是相对论界,极宏观世界)相信“上帝是不会掷骰子”的,另一些人(主要是量子界,微观世界)相信“上帝就是掷骰子的”。
于是两派掐啊掐,最后促进了现代物理的进一步发展。极宏观世界和微观世界在面对黑洞问题的时候,不得不正面交锋,搞得天昏地暗、石破天惊、晴天霹雳那些。
因为黑洞一方面极大、极宏观;另一方面极大质量集中于极小体积,又具有典型的微观粒子特征。
掐出来后来的弦理论什么的,似乎完美链接和解释两个世界。这是后话,就是我承诺给大家,但一再延后的部分分享内容。
还有一个大神是薛定谔,就是用“生死猫”来形容模糊性的那个。
他把原子状态的模糊性和宏观世界一只猫的生死“纠缠”起来(原子如果这样,猫就生;原子如果那样,猫就死),显然猫应该或者生,或者死,但不可能同时处于又生又死的荒诞状态。
所以,他觉得原子状态是不是真模糊?这值得质疑。
这个量子猫是有名的思想实验。遗憾的是,现代物理学认为:假如真有这样一只猫,那这猫确实可能同时处于又生又死两种状态。
因为按照量子力学,一个粒子可以同时处在两个状态。比如这个量子苹果:
它的状态由观测者决定。观测者可能看到红色,可能看到黄色,而究竟会看到什么颜色?完全随机,无法预测。
也就是说现代物理认为:世界其实也是由观测者参与和决定的,完全“客观”或“真实”的世界其实并不!存!在!
扯回来,大家可能注意到了,我刚才提到了“纠缠”二字。
没错,正是薛定谔引入了“纠缠”这个词来描述两个(或多个)粒子的量子模糊性——单个粒子的具体属性完全无法知晓,但数个粒子的属性可以纠缠在一起,他们的整体属性我们能够知道。
打个比方,这就像我们可以弄三个联动的骰子,让它们每次投掷的总点数是12,虽然每个骰子具体是多少无法预知,但总数我们可以预知甚至可以控制。
我猜测这是“纠缠”的最初定义,一开始本是为了强调因为互相影响,所以整体可知。不过现在“纠缠”的主要含义应该是更偏向于“互为影响”。
看,大神们其实也挺阿Q,对吧?爱因斯坦说模糊性只是因为我们还没发现某种要素;薛大神说单个模糊没事,总体不模糊。
当然,大神就是大神,他们起码都承认这种模糊性。
爱因斯坦和两个合作者(Boris Podolsky, Nathan Rosen)还进一步发展了这个“纠缠”。他们三个人(简称EPR)分析了两个相距遥远的纠缠电子,设想它们的自旋处于纠缠态——相同方向上测量,两个电子的自旋总是相反的(一个观测到向上,另一个必被观测到向下)。
可怕的是,理论分析出来即使相距非常非常非常远,这两个电子仍然是“瞬时”纠缠的。
这可不得了啦。大家知道,按照爱因斯坦自己的理论,没有什么东西可以超越光速。
但如果两个电子不以(超)光速交换信息,相距遥远的两个电子怎么知道对方状态的呢?怎么瞬时关联起来的呢?
爱因斯坦给这种同步现象起了个著名的名字——“鬼魅般的超距作用”。
不能预测也就罢了,还超距纠缠,爱因斯坦的表情更为忧桑。
然后,EPR三人要开始弄个理论来解释这个事。
他们发表了一篇文章叫《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗》。真的就是这个名字,狠赤裸、狠直白、狠可爱的标题吧?我经常觉得从前的论文标题更可爱。
当然,和我们常人类似,大神们也没能逃脱我们开头说的:以自己已知的世界运行方式来理解还不懂的世界。
所以EPR的论文,基于两个假设:
1)如果能确定预言一个结果,那这个结果总得有个属性来对应(比如自旋方向)。自旋是个确定的事,上或下是确定的事,这两个东西可不能也模糊,这叫“实在要素”。
2)一个地点发生的事不能“瞬时”影响“遥远”地方的另一件事,或者说,这种影响不能超越光速。这叫“定域”。
有了这两个假设,他们构想了一个实验。这是个理论上的实验,或者说也是个思想实验,因为当时谁也做不出来。
实验是这样的,假如有一对纠缠电子,我和丫头一人拿一个,我们相距很远。
如果丫头沿X方向测她的电子自旋(实在要素),那因为完美的反向关联,她马上知道我手里X方向的自旋(也是实在要素)。同样的,Y轴,Z轴都会如此。
注意这只是举例,实际上方向是无限多个的,想像一下缩成一个球的刺猬身上的刺,每个刺指向一个方向。可惜我不会画画,麻烦大家脑补一下。
但是,因为我们相距很远,丫头选择测量哪个方向,都是我不知道的。量子力学不是说会完美反向关联吗?那意味着我手里的电子自旋,无论哪个方向都是可以准确预知的——她只测她的,就一定能准确知道我的。
可是,这又跟量子力学中的(海森堡)不确定原理矛盾,不确定原理认为自旋只能一个方向上拥有确定数值,其他方向一定是模糊的。
所以呢,爱因斯坦通过构建这个思想实验的严密推理,认为量子理论自相矛盾,是不完备的。更直白点,他应该是觉得量子理论搞错了。包括后来延续他的霍金,在黑洞问题的解释上也是和量子派战斗数年。
爱因斯坦的两个假设(实在要素、定域)在当时无法被证明是否有错,推导出量子理论自相矛盾的过程也无懈可击。
爱因斯坦(实际上是EPR)还提出了解决方法,他们的方法非常老套,但让人难以挑剔。
他建议补充一些额外变量,这些变量是当时量子力学里没有的,更深层次的理论,这样电子就有些额外属性,能解释这种“鬼魅般的超距作用”。
变量是什么呢?不知道!被隐藏起来了,我们要去找它们。量子理论中的粒子说是模糊的,那只是因为我们还暂时无知罢了。
这是传统科学想法,狠好理解,对吧?
就像前两天群里讨论鬼灵是否存在,可以粗暴来一句“不存在。即使看起来存在,也只是目前还找不到可以解释的科学原理”——典型的“智者”思维——即使爱因斯坦们也未能避免。
说起来容易,但爱因斯坦他们都找不到这些“定域隐变量”(定域是说隐藏信息的传递速度不可能超过光速),别人还找个屁啊。
这个论文发表于1935年,这随后物理学界却对这问题没太大兴趣。
一是因为真特么找不到啊……
二是因为不管我看见什么奇怪现象无法解释,你就来一句“有因素在支配,但暂时找不到罢了”。这……我也没法反驳啊!
换句话说,这个EPR理论简直是有哲学高度的正确性!
但物理学家们肯定不会纠缠于哲学问题的。我没法证明你错,也没法证明你对,那就先搁这儿,不理。
(物理和哲学的关系,未来我们可以在别的主题里继续深入一些。)
反正不管有没有隐变量,并不影响量子力学在实际应用中的正确性。虽然无法解释,大家研究微观世界时,照常用着量子力学,管用就行。
然而,到了1964年,EPR论文30年后,突然高潮来了!
一个叫约翰贝尔(John Bell)的物理学家静悄悄发表了一个方程,用数学不等式的方式,提出了一个可以解决某些深刻哲学问题的校验手段,这其中主要就是分析EPR的思想实验。
用数学证明哲学命题,这在数学来说不是孤例,有兴趣的话课后我们举更多例子。所以说“数学(math),音乐(music),神话(myth) ----3M,是人类接近上帝的三种语言。
真的是轻悄悄发表的。所以说,并非所有革命都有一个惊天动地的开始,黎明前的静悄悄最可怕。很快,量子世界里安静的高潮真来了(别想歪)。
你想啊,以前不是没法证明爱因斯坦的对错吗,有了这个东西,就能真的用实验检测出来爱因斯坦所期望的更深层次真理是否正确。
这就是那个了不起的不等式的样子,我贴个百度简图,但大家看一眼就行了,不必懂。
这个不等式是回答:究竟量子理论的正确性更高,还是用隐变量理论的预测正确性更高?也就是谁更正确。
我尽量用白话描述一下贝尔不等式的核心思想。
贝尔复盘了EPR的思想实验,不同之处在于,原版实验中丫头和我必须沿相同方向测量,所以我和丫头一定是100%关联的,但贝尔现在命令我和丫头沿任意方向测量。
我们如果按不同方向测量,结果肯定不同步,但,会有关联。如果让量子理论(瞬间纠缠)和定域隐变量理论(不超光速)分别来预测这种关联,谁会赢呢?
假如隐变量之间的影响速度不能超越光速,那我和丫头的电子能相互协调的范围肯定是有限的。但假如按照量子力学的推导,这种影响确实是可以跨越遥远距离(也就是超光速)的话,又会是另一种关联结果。
所以不等式的核心就是推导出了EPR理论(光速无法超越)所允许的最强关联。如果能有实验测出来这种关联“违背”了不等式,那光速无法超越肯定是错的。
能证明爱因斯坦是错的,大家当然像打了鸡血啊。所以60年代开始,科学家们开始疯狂地做贝尔构想的实验。
还真是做成了好多。一系列精巧构思的实验结果都证明违反了贝尔不等式,也就是说:跨越空间的瞬时纠缠是存在的,EPR理论似乎确实没法解释微观世界,还是量子理论更能解释。
不过所有这些实验都不!完!美!因为或多或少都依赖一种或多种额外假设。这些假设会导致有实验漏洞存在。
所以,量子纠缠现象几十年前就发现,但这么几十年来,它主要只存在于物理学研究中,大家不太确定无疑地说量子纠缠这事。
直到最近几年关闭所有实验漏洞,做出来完美实验后,才在公众领域突然炸锅。
这就是物理学的严谨一面。
说两个典型的漏洞,一个叫定域性漏洞,一个叫探测性漏洞。
由于技术原因,最初的系列实验使用固定的测量方向,所以呢,管你有多少方向,理论上我和丫头可能有某种串供,你没法排除我和她可能有某种预约好的方向默契。
后来发展到周期性变化,进了一步,不过也没法排除我们都了解和默契地遵循这个周期。
要关闭这个漏洞怎么办?用随机性指令!
测量方向在测量之前很短时间才指定下来,这样的话我和丫头要想串供,不管我们用什么方法,这个信息传递必须超过光速才行!
这样定域性漏洞就能彻底关闭了。
然而,注意这两个词“随机”“很短时间”。
生成真正的随机数何其之难,很短时间何其之难——哪怕0.00001秒,想象一下如果要超过光速,得把我和丫头分开多远才行——身体上物理分开没问题,大不了送其中一个到月球上去。
但手里还得各自握着一个纠缠电子,怎么把一对纠缠电子分开那么远啊?臣妾做不到啊……
另外一个问题是:光子(可以取代电子)太难控制了,实验中要么光子没能产生,要么中途就丢了。
但完美的实验必须要求收集到的结果能真实反映全部结果(公平取样)——你测100个光子,但只收集到3个,这3个都违背贝尔不等式,但你怎么保证丢掉的97个也违背呢?
关闭探测性漏洞有个方法,用其他物质来代替光子,比如困在离子阱中的离子,原子,超导线路,或者金刚石的原子核什么的,这些东西都能够纠缠起来,物理学家也能富有成效地测量他们。
但是,如果困在一起,粒子之间距离又太近了,又不能关闭定域性漏洞。
反正,左右为难啊左右为难,为了能同时关闭这两个理论上的漏洞,确实太艰难了。科学家们搞了50年!
详细讲述这两个漏洞,不是为了让大家真的理解这两个漏洞,只是想说:当我们自以为聪明地,3秒钟之内就去指出科学的漏洞的时候,无数比我们智商更高的人应该早就发现了,而且为此已经琢磨了几十年。
所以,当我们什么都不信,什么都自以为比别人更聪明的时候,质疑前要比心,比!心!
好,到了2015年,EPR论文后的80年,贝尔方程后的51年,终于有人把完美实验做出来了,关闭了所有漏洞,完美证明量子纠缠就是瞬时跨越空间的!
而且巧的是,不是一个团队,是四个团队在同一年用四种不同的实验完美验证!
选其中一个团队简单说一下实验,看人家怎么想出聪明的方法来关闭漏洞。
主要以这两个人的实验为例:
一个荷兰的,一个美国的,名字太长了记不住。(补注:罗纳德汉森 & 克里斯特沙尔穆)
他们关闭定域性漏洞的核心:不仅是更随机的随机指令,而且这些指令连事先都没有,是在发送光子的过程中,注意是“过程中”才“随机”确定测量方向!
我和丫头被安置在校园里两个不同实验室里,相距1千米(不同实验里这个距离不同,有的是几百米或者几十米,都行),光子在发送过程中才得到随机指令,这样,在我想发给丫头的任何串供信息可能以光速传过去之前,她那边的测量其实已经结束,并存储在不可更改的硬盘上了。
这样,任何隐变量(信息),假如是低于光速传递,就都没法对我和丫头产生任何影响。
定域性漏洞被牢固关闭。
几个图片大概看一下(图片来源:代尔夫特理工大学),只是看一下就好了。
关闭探测性漏洞的核心:把电子和光子先纠缠起来,然后把光子发送到两面都有光子探测器的半透明镜子上,这个镜子的放置位置是在两个实验室之间。
如果镜子两边同时探测到光子,跟光子纠缠的两个电子也将相互纠缠起来。
这个过程和从前基于光子的实验一样,光子狠容易丢失。
但聪明的地方在于:只有在两个光子都同时被探测到的时候,才做一次贝尔测试——相当于丢你的呗,但他们只在不丢的情况下才测量,所以丢失的光子并不对纠缠质量(结果)产生任何影响。
因为没有把任何实验结果从最终数据里删掉,这样就预先解决了光子丢失问题。
这样,探测性漏洞被彻底关闭。
当然,镜子两面同时探测到光子,这个条件会限制实验的效率。最开始能同时探测到的光子每小时只能做几次。
不过……如果生成器(比如激光)功率足够强呢,如果一秒钟能生成10万对以上纠缠光子呢……?大家想象一下。
嘿嘿,确实是这样的,之后的团队改进实验构架,飞快就能积累出足够强大的统计数据,来毫无悬念地证明爱因斯坦错了。
目前的水平是,获得违背贝尔方程的足够数据,只需要不到一分钟。据说狠快能提高到不到1秒(两个量级),不过这无所谓了,现在就已经分分钟能证明爱因斯坦错了。
什么叫聪明,这才叫聪明!
至此,量子理论宣称的“鬼魅般的超距作用”被完美证明了就是鬼魅。
极遥远距离的物质能几乎瞬间感应(关联)—— 我没有用无限远,不过用无限远也似乎挑不出来什么毛病 —— 因为我们不知道这个鬼魅到底有多快,是不是无限快,但肯定甩开光速10条街是没问题哒。
完美量子纠缠实验,耗时80年,人类终于终结了一个纷争,确认了一个事实:这个宇宙真的就是这么奇怪。
一定有人想问:实验倒是有了,但光子电子什么的,那么小,对我们现实生活有什么用啊…—
太有用了,人们飞快就能把量子纠缠中蕴含的非凡能力运用起来。近期其中一个应用是随机数生成器。
密码(加密和安全技术)是我们现代社会的构成基石之一,金融、国家安全、核弹头、不可告人的秘密、大家搞婚外恋一夜情那些幽会和肉麻信息,都是用密码锁定在安全地方的(比如你的手机里)。
密码一旦被完全破译,人类社会就会坍塌—— 这绝不是危言耸听。仅仅试想一下如果所有手机信息公开,在场多少群友的家庭会当场分崩离析。
密码的基础就是随机数。如果有人能预测随机数生成器的下一个数字,那他就能侵入所有金融和通信系统——传说中的黑客。
随机数一般来说有两种产生方式:一个是数学算法,一个是物理过程。
数字算法:比如我胡乱规定一个算法——把圆周率平方,再减1,再立方,再减5……这样就能生成一串随机数。
不过不管我规定的算法有多复杂诡异,一旦有人知道这些所谓的“种子”条件,他就能完美预测(算出)下一个数字,把密码给破解掉。
物理过程:比如你手机可能使用指纹验证,你的指纹能用一大堆数字信息表达出来,它是相当独特的,重复几率很小。
或者我做个奇怪规定:你拿起扫把撸一把地上灰尘,激起的尘埃数量规定为你的密码(随机数)—— 也挺复杂而且难以预测的。
不过所有物理过程,只要所有信息能被完美掌握,理论上就能被破解。就说这个灰尘吧,那我就提问了:你如果能算出(或测量出)这个尘埃数,那我凭什么不能?黑客比你笨吗?
但是,量子力学送给人类一个密码大礼物!
量子过程不是有固有的随机性(不确定性,模糊性)吗?如果“提取”出来,把这种随机状态和数字关联起来,就能获得真正意义的随机数。
这个数据量可以是惊人的,前面已经说了,比如一秒钟搞10万个数据。事实上,目前的工作已经能从10分钟数据里提取1千多比特的随机数,比特啊,这是比特啊……
意思是10分钟生成的数据的随机性可以超过万亿分之一。传统计算机产生相同随机性的一串数字要多久呢?几十万年。
所以如果我能搞个量子密码,那你去算去破解吧,几十万年后见。
但是!这不是最牛逼的。
最牛逼之处在于:和从前密码完全不同,别说种子条件了,量子密码能牛逼到直接把实验装置(比如产生纠缠粒子的设备)都交给黑客控制,也依然能得到极尽可能的随机数字。把设备都给你控制,你也没办法控制和预测粒子的随机性!
有人已经在做这个事,每隔一段时间,在互联网上公布可以充当一种有时间戳的随机数序列,任何人可以任何方式随便用。不过我不知道地址,有墙。
中科大潘建伟老师和他的团队,也实现了器件无关的量子随机数,以后有可能形成新一代的中国随机数标准。
对了,前些天又有新的大消息,最新的量子计算机3分半钟完成了目前最强大传统计算机一万年才能完成的计算。
那如果用这个量子计算机来破解上面生成的量子密码呢?大家可以从量级上粗粗脑洞一下。所谓的魔高一尺道高一丈,或者道高一尺魔高一丈。
纠缠实验大概说到这里。仔细阐述这些细节,无非是想说,当物理学家们严肃地说一件事情已经完成的时候,不管它与我们的生活直觉(甚至物理直觉)多么格格不入,不必揪着自己没想明白的细节先去怀疑它,哪怕这些直觉来源于我们人类数个世纪以来积累的知识和经验。
幸运的是,和其他好多事情一样,这些实验在给我们直觉和经验施以最后暴击的同时,又给我们认识世界的方法打开新的大门,这些方法甚至是爱因斯坦和贝尔他们本人也未曾预见到的。
最后,回到我们最初的问题,意念相通、灵魂伴侣、身心纠缠搞黄色,甚至,是不是在遥远的宇宙另一端,或者在我们根本看不到的另一个宇宙——平行时空里有一个平行的自己,和心仪的人过着幸福生活?
上面这种方式的搞黄色,真的是瞎扯吗?
我的想法大概是:你的论证方式不是我所习惯的,不过没有任何有力证据能说你是错的。
在我的理解中,这些问题实际上可以转化为一个相对具体的提问:微观世界里匪夷所思的粒子行为和规则,能不能适用于其他事物,甚至是生物(比如人)?如果不能,为什么不能?
坦率告诉大家,大多数物理学家对这些问题,一直也有自己的疑问。这种对物理规律本质的担忧,即使在公开场合还比较少有人承认,但在非正式讨论中、学术会议上、电影小说里,面向公众出版的图书里,经常会浮现出来。尤其最近些年,这些科幻电影越来越多。
而且非常多的物理学家认为,没有任何理由说明它们不适用于一切事物——时空(时空隐含着尺度大小、宏观微观等概念)的分野,在现代物理学中已经变得越来越模糊不清。
实际上近代以来,杰出的物理大神们几乎都是在胸有成竹和自我怀疑之间摇摆不定,周而复始地放弃对自然深层次结构的探索,把物理降低为只是对一些有实用价值的知识碎片的寻找。
不过也只是当时是否有实用价值,狠快,他们又会上升到在当时看起来是无解的哲学高度,但在后来却变成普通物理角度的追问。
从牛顿到爱因斯坦到霍金,他们身上这样的反复,和他们公开的自相矛盾表述,有无数例证。比如牛顿在解释引力如何作用时,有过多次矛盾表述;比如霍金在最后一本著作里,似乎对他自己的理论作了某种修正,狠多人觉得他最后一本不如前几本那么棒,不过我私下觉得这是他最棒的一本。
如果把量子理论当作这个世界的表示,也就是认同这个世界有狠多可能性共存的概率理论,那有什么确信无疑的理由相信“可能性共存”仅存在于微观世界呢?
这样的多世界或平行宇宙观点,也正是现在宇宙论的结论之一,我复述一段稍微严谨的表述:
“产生我们现在这个宇宙的过程,应该也能导致其他宇宙的产生。额外的平行宇宙可能存在于我们看不见的更高维的空间,这些宇宙由我们宇宙的变体组成。并不存在单一明确的显示。”
这些是更深一层的探讨,涉及现代物理的各种纷争和不同流派,我争取在以后的分享课中能系统阐述一下。
这些不同观点之间,也存在错综复杂,甚至相互循环的鄙视链。
就像我嘲笑tara大神天马行空不知所云,她嘲笑我思维僵硬,顽固不化,病入膏肓。就像我鄙视文科生,但现在肯定也有文科生心里在鄙视和骂我。
那我们普通人究竟应该用什么样心态了解这个世界?我想再次复制以前写的一段话(“我们”下去,让他们彼此语言不通):
“深信,无论是由于领悟还是由于误解,都很难被改变。我们通常赞扬的“逻辑”其实并不可靠,可靠的是“正确的逻辑”,而逻辑正确的前提是在一些二选一的关口有恰当的道德、思想资源进行支撑。
一个成形的错误逻辑如同一条绞死的铁链,压力越大,绞得越紧,破解的方法应该是给它更多的自我松动空间,留出辨别真伪的思维空隙。”
这是我这些年自己走过的认知世界的路。我相信它适合更多的人,也适合人生中更广泛的迷茫问题或执念问题。
或者最起码,在我们思维铰链仍然没有留出松动空间的情况下,我们起码相信一点:
“我想不出思想改变世界的例子,但关于思想的分享却改变人们对世界的理解。”
这也是我们分享课的存在理由。
下周四晚9点,大家准备好脑细胞和体力哈,tara大神的一次分享,那是另一种奇妙的思想旅程,不知道会通向何方,但“自我松动空间”,保持“open”的心态,确实是了解世界和他人的良方。
祝福大家都找到自己的灵魂伴侣,双生火焰,什么的。
谢谢大家的时间和耐心。
A:我不是基督徒。不过相信神,或者更高维度。
Q:两性之间存在量子纠缠吗?称为心灵感应?
A:我觉得不一定这样称为,或者说并不仅此一种。我自己完全相信生物之间的“纠缠”。
Q:量子是我们为理解和解释世界创设的,还是已经捕捉到实际存在的?
Q:那无法预知和无法回溯是时间维度两回事,量子的状态在回溯中也是不确定的吗?
A:详见爱因斯坦的“实在要素”假设—— 如果一切物理思维基石(总有一些基石是确定的)不存在,会上升到哲学问题—— 物理和哲学的关联,我们以后话题中讨论。
Q:那参与共性结果又是怎么形成的?
A:这也被认为是物理学的进展之一:从前物理学认为世界是“客观的”,研究的是客观世界。现在认为也许并没有所谓“客观”和“真实”的世界。世界也许是观测者头脑的产物。
Q:等式——线性?不等式——非线性?
A:不是。但一下解释不清楚。
Q:完美实验证明了有“超光速”吗?
A:对。鬼魅的速度不知道(甚至对于鬼魅来说,还有传统的速度概念吗?不知道),但起码证明了是“超光速”的,而且甩光速10条街。
A:非常非常非常非常远,可以认为是超距。
Q:“大家知道,按照爱因斯坦自己的理论,没有什么东西可以超越光速”。难道不是吗?我一直看完好像也没看到推翻这一说法啊!(也许你解答了,但我没看懂也很可能啊,晕)
A:量子纠缠,适用于无穷远地方,比如你在火星,我在地球,也是瞬间纠缠的,远超光速,甚至无穷大速度。
Q:量子纠缠。比如我买你家桃子两箱。标的是一箱10斤,20-30个。结果一箱个头大,20个;一箱个头小28个。但都满足了10斤这个整体结果。是不是可以说一箱里的桃子数量是不确定的,是量子化的。一箱里的的单个桃子的大小彼此是量子纠缠的,有点此消彼长的意思?哈哈,跟我讲科学必须从柴米油盐入手。
A:都是个,没有半个 --- 这是量子化的意思。
一箱里桃子个数不确定,但总重一样 ---- 也可以理解为纠缠。不同的只是,桃子这事,你是可以预见和算出来的。但粒子,完全算不出来。
Q:后面讲到量子计算密码破译的事。那以后人脸识别会不会也能攻破?克隆人脸啥滴?
A:人脸识别仅仅是个简单密码,算不上太复杂。理论上,所有密码都可能被攻克。但理论上量子密码无法被破解。
Q:感谢芭比分享!简洁生动又严谨。有个问题:有没有找到自然存在的超距离的纠缠离子以及怎么找?不然不是超距离自然存在的,可能在测量超距作用前就已经发生关系了,用时间换取了空间。
A:那就是自然存在的粒子。不过超远距离又自然存在,我没听说有找到。
如果把黑洞理解为一个粒子(确实有粒子属性),那自然界是不是也可能存在这样的作用 ---- 这也是物理学家们在探寻的。
如果意识也可理解为类似粒子 --- 谁能断言不是呢?那是不是可以解释灵魂,意识等更多现象 --- 也是在研究的
Q:也许粒子也只是一种意识呢一种被测量的结果?
A:不仅这样,现代物理几乎公认并没有一个“客观”和“真实”的世界。也有物理学家认为,整个世界可能只是意识的产物。
这是严肃杂志的观点(科学美国人杂志的专题。好像还是个年度专题)。
Q:有没有证明近距离纠缠作用大于光速?
A:这个实验了不起的地方正是:用有限远的(或者说很近的几百米)的纠缠,证明了几乎无穷远距离和无限大速度。而且是完美证明,没有丝毫漏洞。非完美证明,60年代开始就一直证明了。
Q:量子纠缠是否证明意识不灭,即灵魂不灭,那么轮回转世便是客观存在的了。
A:它没有直接证明灵魂和轮回,但起码证实了世界和我们看见的东西是不同的。或者说,如果用所谓科学来驳斥灵魂,是不妥的。虽然它也还不能证明。
起码用所谓科学来反驳灵魂什么的,是片面和落伍的科学,愚昧的“智者”。
Q:如果世界是意识的产物,是否和佛经不谋而合?
A:但我的理解中,佛经浩如烟海,研习佛经可能是比读完所有现代物理著作更困难的事,甚至需要更高智慧。听说没有人穷尽一生可能读完佛经,哪怕只是读一下。所以我心目中佛经的地位和难度一点也不逊于物理。
Q:那三大宗教里哪个比较接近真实?上帝和佛陀同时存在吗?
A:我倾向佛经。不过这个我不懂,得问丫头或者tara 吧
Q:有时会想,所谓的幻听,到底是不是同样是真实的,只不过被我们忽略了,我们只听大家都能听到的,只承认大家都能听到的。
A:没,哎呀,我觉得大家对科学家也同样是各种偏见。科学家们从没有不承认看不见的东西,他们走得更远,比如科学家们认为人类所知道的一切,只占宇宙的4-5%。不是看见哈,是人类所有一切手段能“感知”和“观测”到的。
Q:那么为什么要定义为幻听呢?
A:我不知道,应该是为了表述方便吧。但确信的说,那样否认的多半是伪科学家。杰出的科学家往往对未知保持敬畏。
光,本是佳美的,而眼见日光也是可悦的。