神奇的量子世界

量子世界非常神奇,和我们生活的世界很不一样,举个粒子,戴夫和我是孪生兄弟,我们每天早上都去上班,戴夫在浦东上班,我在浦西上班,我们上班之前都会到超市买早餐,我们的早餐不是面包就是蛋糕,戴夫公司附近有三家超市:全家、罗森和好德,我的公司附近也有三家超市:全家、罗森和好德。

有一天戴夫心血来潮问我:

既然我们孪生兄弟,我们会不会有心电感应

然后我说:

说不定有啊,我们要不用一个月的时间证明一下?

戴夫说:

好啊,我们在接下来的一个月里都去全家,看看大家买的早餐是不是一样?

于是再接下来的一个月里,我们记录了我们买的是面包还是蛋糕,一个月后,我们对比了一下,惊奇地发现我们的记录完全一样!如果我买了蛋糕,戴夫当天也买了蛋糕,如果戴夫买了面包,我当天也买了面包。

这种心灵感应现象在我们的日常世界里基本上是不可能的,因为戴夫在浦东买哪种早餐不可能影响到几十公里之外身在浦西的我(著名的locality原理)。

但是在量子世界里,这种现象却稀松平常,想象一下戴夫和我是一对孪生光子,超市是观测光子状态的设备,面包和蛋糕代表光子的两个可能的状态,光子只有在被观测的时候,状态才被确定,要么是面包,要么是蛋糕,各占50%的概率,就是说量子世界里的我去超市买早餐,50%的概率会买面包,50%的概率会买蛋糕。如果戴夫和我都被观测到了,我们买到的早餐一定是一样的。

再考虑一个场景,在第二个月里,如果戴夫一直去全家买早餐,而我却一直去罗森买早餐,我们买到的早餐还会完全一样吗?答案是否定的,因为光子的状态受观测光子的设备影响,观测光子的设备不同,光子的状态也会不同,比如在第二个月里,我们对比了一下早餐记录,有了25%的差异。

貌似量子世界里的现象和我们日常世界里的locality原理有很多冲突,直到1964年又一个神一样的存在贝尔提出了贝尔不等式,彻底推导出locality原理在量子世界里是不适用的。

我们生活的世界原来也可以这么奇妙。

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