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2016年9月14日 星期三

糾纏?實現瞬間移動的鑰匙?


最近工作文本寫到電子、質子、中子的發現(1920前後),不過因為受眾年齡層的關係,所以在走到量子力學之前就停了(不過前面要國小國中生要懂也是有點太難了XD),但是量子力學之後正是我們現在生活如此多采多姿的基礎。而且就算這些學問並不容易理解,但這個時代裡面的人、事、物我們都能夠如數家珍,第一次世界大戰、愛因斯坦、電話、電腦、愛迪生、二戰......最重要的是,有超級多科幻等級的故事可以說,像今天我就要來說說,目前最接近實現「瞬間移動」的科學現象——量子糾纏。

此糾纏非彼糾纏



在說怎麼瞬間移動之前,我們先來說說量子糾纏到底是什麼吧。量子糾纏最早是在1935年被提出的一個現象,他是現象而非理論,意思就是說,我發現這件事會發生,但我不知道為什麼會發生。直到現在量子糾纏依然是現象而不是理論,不過對於這個現象的利用人類也是有相當多的想像,像這次說的瞬間移動就是其中一個很有名的例子。

糾纏大概就是這個感覺[1]


那量子糾纏到底是什麼樣子的現象呢?首先我們把量子糾纏這個名詞拆開,拆成「量子」和「糾纏」兩個部分。量子是相當高階的知識,他不直觀而且生活中很難看到,所以我們簡單形容一下,量子是指非常非常微小的世界,小道肉眼完全看不到,而在這樣的世界中物質才會遵守量子力學的規則,如果這樣還看不懂,那你就記得量子就是超級超級小的尺度喇。再來是「糾纏」,糾纏這個名詞一聽就知道不是一個人可以完成的,要發生糾纏就最少必須有兩個人,所以糾纏就是指特定兩個人之間的特殊關係,這種特殊關係我之後會跟大家解釋。兩個名詞都解釋完之後把他們合在一起變成「量子糾纏」,意思就是在微小世界裡特定兩個人的特殊關係。這種關係到底是如何發生的,而這種關係到底是什麼關係咧,我們接著做解釋。

兩顆粒子夠靠近時可以彼此糾纏[2]


量子糾纏的現象是這樣的,首先我拿出一個超級超級小,小到電子等級(比原子還要小)的粒子A,和同樣超級超級小,小到電子等級的粒子B,把他們倆個擺在一塊,讓他們很靠得很近、非常近,然後你懂得(笑),走得近就發生了糾纏。沒錯AB兩個人之間因為走得近所以開始有了特殊的關係,這個特殊的關係不是什麼轟轟烈烈的革命情感或是愛得死去活來的一段感情,他們只是變成了兩個相反的人,完完全全的相反,在量子力學中像是電子的狀態就是分成自旋向上或是向下兩種,而發生糾纏的A與B,只要有一個人是自旋向上,另一個人就會是自旋向下。

糾纏就像兩個連動的轉盤,只有在看到的瞬間才會停下來[3]


不過你可能會覺得,那我就是把AB變成一雙手套一隻是左手一隻是右手,這樣讓一個人一直是左另一個人一直是右這樣有什麼特別的嗎?我知道一個是左另外一個就是右這很正常呀,不至於叫做特殊關係吧?愛因斯坦原本也這樣認為,但是實驗結果證明,A可能是上旋也可能是下旋,每次觀察竟然都會有不一樣的結果,但可以確定的是只要確定A的自旋後B也能得到相反的答案。這種觀察竟然是機率讓愛因斯坦難以接受,他認為上帝不擲骰子(不是機率問題而是我們的線索不夠多),但跟他到持相反意見的波耳,則認為沒有什麼東西是上帝一開始就定好的,機率就是解答的一種。所以說經過實驗的證明波耳的推論比較正確,發生糾纏的AB兩粒子還是能夠有其他的狀態存在而不是發生糾纏後狀態便不再改變。但可以確定的是,AB之間的特殊關係是怎麼發生的大家還是不清楚就是了。

支持不支持又是另一個故事了[4]


講了一大堆,知道量子糾纏後,這到底跟瞬間移動有什麼關係呢?在解釋如何應用量子糾纏來做瞬間移動之前,我們必須先知道一件事情,那就是我們是由原子組成的,意思就是說我們可以拆成非常多顆的原子(基本上就是天文數字等級了)。知道了這件事之後我們在套上量子糾纏的規則,若是我拆解開我這個人身上的每一顆原子做到量子等級的量測,我就可以知道我每顆電子的狀態是什麼樣,這時候我再去做糾纏就可以達到瞬間移動的效果。

等等綠色和橘色糾纏就會出現在對岸唷[5]


怎麼?聽不懂嗎?那我來說說瞬間移動的過程是怎麼了,今天我拿了一個A粒子和B粒子讓他們發生糾纏,接著把AB兩個粒子分離到相當遠的地方,這時候糾纏的特色就十分明顯了,不管多遠的距離,只要發生糾纏AB兩者就一定會是相反的自旋態,這就是愛因斯坦曾說過的「鬼魅般的超距力」(不過這句話的意思有點嘲諷,亦即這力量太玄了)。接著我在拿出C粒子去和A粒子發生糾纏,你可能會覺得「诶?粒子可以這麼亂嗎?」(揍飛),但接下來特別的事情發生了,A和C發生糾纏後,原本的B粒子竟然直接變成了C

「什麼?C直接跑到B的位置上嗎?」

正確來說,應該說B變成了和C一模一樣的粒子,就像C瞬間移動到B的位子上。你說這不叫瞬間移動嗎?從粒子的角度來看,他確實瞬間移動了,我們將A地要傳送物質的資訊記錄下來並與A粒子發生糾纏,接著B地就會出現與A發生糾纏的物質,這樣確實是完成了瞬間移動。

在傳送之前東西都得先變成粒子[6]


以上就是量子糾纏與瞬間移動的關係,我們來討論最後一個問題,當我們從A地輸入粒子的資訊,然後在B地重新構築出A地所輸入的訊息,這樣子重新構築出來的東西還是原本的東西嗎?所有資訊都一模一樣的粒子,我們可以說B就是C嗎?文字上看起來兩者就是不一樣,但事實上不管把什麼物質做分解,分解到最後大家都是原子所構成的,都是從更小的粒子所組成的,不管是你是我都是如此,在這之中雖然我們的組成粒子完全相同但還是老覺得不一樣的原因究竟是什麼呢?這種看似情感面的東西,說實話他可能並不那麼的感性,因為當一個人的瞬間移動發生,若傳送後的人就是本人(如何判斷呢),說出來的話、擁有的記憶......都存在的同時,或許靈魂的假設可能就會出現問題了,但如果沒有上述的個人資訊呢?這個由數據造出來的人,到底是什麼?

量子加密系統也是藉由糾纏來執行[7]


今天的每周一篇就到這裡,最近總是發現科學、哲學的相生性真的超級高,當科學解決一個問題的同時,若在無生命的條件下通常不會有太多問題,但是只要一碰到生命,哲學的元素就會開始大量湧現,不是說無生命就一翻兩瞪眼,而是當人開始思考時,對於超越物質的價值會更為重視,或許這就是我們一直在尋找的意義吧。



圖片來源
[1]阿波蘿新聞
[2]youtube截圖
[3]youtube截圖
[4]哥榖榖
[5]youtube截圖
[6]youtube截圖
[7]貝可親論壇

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