让人惊讶的量子纠缠实验

这个世界真的存在幽灵吗？魔法世界真的存在吗？平行宇宙真的只存在于科幻？

这些问题听起来都是那么的不真实，但在看完今天的讲述后，大家可能就会有全新的认识。

光是粒子还是波

如果这个世界有终极，那一定是光。

光的出现构成了我们这个五彩的世界，光明是所有生命的希望，光速是宇宙运动的极限。

对于光本质的研究，在数百年前就已经开始。光究竟是什么东西，为什么它能在一瞬间充斥整个空间呢？在1678年的时候，科学界对于光的认知就已经分成了两大流派。

一派是以牛顿为代表的的光粒说，他们认为光就是一种微粒流，从光源沿直线飞出，充斥整个空间。

而另一派则是以惠更斯为代表的，他们认为微粒流的说法，根本无法解释光的衍射现象，所以他们坚持认为光是一种波动，就像水波一样，是波动传播的。

在当时，这两种学派争论不休，各抒己见，只不过由于牛顿已经是物流学中的顶级存在，更多的人站在牛顿一方。

不过很快这种现象就发生了改变，在十九世纪初，一位全能科学家出现，凭借一个简单的实验，就让波动说占据了上风。

这位全能科学家叫托马斯杨，他精通十几个领域的科学，还是一个十分擅长表演杂技的医生。

为了验证光到底是微粒传播还是波动传播，托马斯杨设计了“杨氏双缝干涉”实验。

这个实验非常简单，他先设计了一个小孔的光源，然后让光源经过两个平行的缝隙，最后投射到一个平面上。

在这个实验中，如果光投射出来的图像是两条直线，就证明光是像发出的子弹一样直线传播出去。但如果图像呈现出斑马线形状，就证明光在穿过两个缝隙的时候，是波动传播的。

因为只有波动传播，才能让波峰叠加，波谷抵消，形成不同的强度的光，从而投射出斑马线。

托马斯杨的实验结果是，图像投射出了斑马线，从而证实光是波动传播。

其实惠更斯的波动流和牛顿的微粒流都没有错，因为光本身既是波，也是粒子，他同时满足这两种特性，也就是光的“波粒二象性”。

不过杨氏双缝干涉实验并没有就此结束，在之后的百年里，科学家们又对这个实验进行了多次改进，还发现了另一个奇怪的现象。

一次，科学家把光源强度降低，让光源一次发射一个光子。这种情况就像是机枪的点射，在这种情况下，光粒和光粒之间就不会产生干涉。

按道理来说，没有干涉之后，光子就只能从两个缝隙中的一个穿过，呈现出来的应该就是两条直线。但神奇的是，这个实验得出的，依然是有干涉条纹的图像，这是怎么回事呢？

为了研究出这一问题，科学家们又进行了大量的实验，结果却造成了科学界的大混战。

科学界的乱战

光到底是如何传播的呢？科学家为了观察这一真相，做了无数的实验，结果却引发了科学界的大混战。

为了研究光粒为何会在没有干涉的情况下产生干涉条纹，科学家们决定在双缝板的前面安装一个摄像头，通过摄像头观察光究竟是如何产生干涉的。

很快这个实验结果就出来了，这些光粒就是循规蹈矩地穿过双缝，然后落到了面板上。

本来这个结果出来后，事情就完结了。但神奇的是，原本是斑马线的条纹图案，突然就变成了两条竖杠。

要知道，整个实验过程除了安装了一个摄像头拍摄，没有任何的改变，为什么最终的图案会发生变化呢？为了搞清楚这一问题，科学家们又反复进行了无数次试验，最终他们得出了一个让人瞠目结舌的结论。

每当摄像机开启的时候，光子就是以粒子的形态直线射出，而当摄像机关闭的时候，光子就呈现出波的特性。

这个结论彻底颠覆了科学家们的三观，因为他似乎在说，光按照什么方式传播，取决于你有没有偷看它。

如果你用摄像机偷看它，它就沿着直线传播，如果你没偷看它，它就按波的方式传播。

然而这还不是最让科学家头疼的事情。

1979年的时候，美国科学家惠勒又做了一个升级版的双缝实验，他这次将摄像机放在了双缝板的后面，并且设计在粒子穿过双缝板之后，再临时决定是否开启相机。

惠勒原本想着，在粒子穿过双缝之后再突然开启摄像机，这让光粒子可能就没有时间去改变传播方式。然而这次实验的结果，再次让科学家蒙圈。

因为只要是摄像机开启，哪怕是在粒子落在屏幕上的一瞬间，它的传播方式也会发生改变。对于这一结果，科学家们给出两种可能性。

第一种是光子能够预测未来，他在发射出去的时候，就已经知道摄像头是否会开启。

第二是光子拥有超越光速的反应能力，能够在一瞬间改变自己的选择。

这两种结论都非常的不可思议，未来能决定现在吗？世界拥有超越光速的速度吗？科学家们此时头大如斗。

就在这个时候，科学家们的一个又一个相关实验，也加入到争论中来。

这个实验涉及到量子纠缠，在发射光粒子的时候，时期通过一个BBO晶体，从而产生一对能量减半的孪生纠缠光子。

这对能量减半的孪生纠缠光子非常神奇，及时远隔数万米的距离，只要一方发生变化，另一方也会随之发生变化。

根据这种特性，科学家对两个光子分别设计了两条路径，一号光子直接穿过缝隙投射到屏幕，二号光子路径则比较长，并且要穿过一个半反半透镜。

这个半反半透镜，有一半的概率反射二号光子，一半的概率穿过二号光子。、 这里就出现了一个有意思的事情，由于二号光子路线比较长，在二号光子还没有到达半反半透镜的时候，一号光子已经在屏幕上呈现。

由于两个光子有紧密的纠缠联系，这就等于说二号光子还不知道是否会穿过半反半透镜的时候，一号光子就已经知道了答案。

这就像二号光子还没有到达半反半透镜的时候，就知道了人们是否在观察，然后把这一结果告诉一号，让一号放心展示微粒或者波动的结果。

本想要研究光子本质，结果却看到了超出科学的东西，对于这一结果，爱因斯坦十分纠结，这也成为困扰他后半生的幽灵。

爱因斯坦的幽灵

通过量子纠缠来研究光的本质，结果却发现光竟然可以通过未来影响现在，这究竟是如何做到的呢？这里面有什么神奇的魔法呢？

针对量子纠缠，伟大的科学家波尔进行了一番总结。波尔认为，在量子的世界中，任何事物包括光子都可以随时处于叠加状态，有多重可能性并存，就像光子既是粒子也是波。

而且事物的叠加态无法被测量，这就是为什么摄像头开启与关闭的时候，是不同的结果。

最诡异的是，虽然量子世界的事物都可以叠加，但却不能被观察。

一旦我们开始有观察这个动作的时候，这个叠加状态就会消失。如何解释这件事呢？或许用薛定谔的猫来解释最为直观。在盒子里放一只猫、一瓶毒药和一个放射性原子。

当放射性原子衰变的时候，机关被触发，猫会被毒死。

在盒子被打开之前，放射性原子是处于衰变和不衰变的叠加状态，此时的猫可能是死的，也可能是活的。

只有我们打开箱子观察的时候，才能得知猫是死的还是活的。

波尔对量子的解释认为，量子领域有极大的不确定性，这让很多谨慎的科学家十分不认同。

比如爱因斯坦就曾对波尔嘲讽说：“上帝是不掷骰子的”，但波尔却不甘示弱地回应：“别去指挥上帝应该怎么做。”

后来爱因斯坦和波尔分别带领着十几个科学家展开了一场波澜壮阔的辩论，在场十几个人，百分之八十都获得过诺贝尔奖，可谓人类科学界辩论的巅峰，堪称科学界的华山论剑。

不久后，又一位科学家提出了平行世界的理论。比如薛定谔的猫，当我们打开盒子的时候，这个世界就出现了平行世界，有的世界里猫死的，有的世界里猫还活着。

虽然这个观点也引起了很大的反响，但爱因斯坦依然处于量子的纠结中。

爱因斯坦后来联合很多科学家写了一篇论文，假设有一个光粒子，衰变分裂成为一号二号两个纠缠粒子，那么为了确保两个粒子的总自旋为0，这两个粒子的旋转方向一定是相反的。

如果把这两个粒子放在遥远的距离上，比如一个在地球，一个在太阳，他们还会存在这样的纠缠吗？这个时候我们观察地球上的一号，发现他是向下的，太阳上的粒子就应该向上。

如果我们没有观测地球上一号的时候，他可能是向上的，那么太阳上的二号就会变成向下。

这种信号的传递是完全同步的，而这种同步远远超越了光速，甚至是一种人类难以理解的幽灵力量。

要知道一旦有超越光速的存在，这个空间都要塌缩，或许也只有幽灵的力量，才能产生这种现象。

原本爱因斯坦是不相信有这种力量存在的，但1995年一位华裔科学家却做出了幽灵成像实验，证明了量子纠缠的确存在，也证明了让爱因斯坦无法理解的超距离作用的确存在。

时至今日，虽然人们依然无法完全解释量子纠缠，但却已经将其应用于科学领域。

比如我国自行研制的九章量子计算机，就是利用量子纠缠的特性而研发出来，这种计算机的计算速度，已经无法用计算机来命名。

比如同样计算一个问题，超级计算机需要6亿年，而九章量子计算机只需要200秒。

难以想象，当量子领域被人们广泛应用之后，这个世界将会发生怎样天翻地覆的变化。

来源：宇宙解码