量子力學(xué)中的悖論是什么？

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(圖：DAVID MCNEW/AFP/Getty Images)

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量子力學(xué)的悖論是什么？我可以告訴你五條已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)證實(shí)了的結(jié)論。其中有些已經(jīng)應(yīng)用于商業(yè)產(chǎn)品，其他的可能很快也會(huì)被引入生活之中。如今量子迅速進(jìn)入商業(yè)市場(chǎng)，把這個(gè)問(wèn)題理解為 "量子力學(xué)在現(xiàn)實(shí)世界中能夠展現(xiàn)哪些令大多數(shù)非專(zhuān)業(yè)人士覺(jué)得不可思議的能力？"是很有見(jiàn)地的。隨后，我將以一些關(guān)于悖論的評(píng)論作為結(jié)尾，解釋為什么它們會(huì)在量子理論中出現(xiàn)。在每個(gè)案例中，我都提供了科學(xué)文獻(xiàn)的鏈接。

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1）遠(yuǎn)距傳送：量子技術(shù)允許我們將一個(gè)系統(tǒng)在A點(diǎn)的精確復(fù)制品（精確到量子數(shù)，即疊加態(tài)）"傳送 "到另一個(gè)系統(tǒng)中B點(diǎn)的任意遠(yuǎn)處。這個(gè)話題在本文《實(shí)驗(yàn)量子傳送》中討論過(guò)，Quora上也有其討論答案。

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注意事項(xiàng)：我們必須首先發(fā)送物質(zhì)團(tuán)塊，即把原始物質(zhì)從A點(diǎn) "克隆 "到B點(diǎn)。我們還必須通過(guò)一個(gè) "標(biāo)準(zhǔn)的"（在適當(dāng)?shù)臈l件下）通訊通道，以小于或等于光速的速度，學(xué)習(xí)并交流這些物質(zhì)的期望狀態(tài)（即疊加狀態(tài)）。這很有可能會(huì)破壞原有的系統(tǒng)，比如其本質(zhì)，人等等。所以在信息傳輸上沒(méi)有違反光速約束。這里的 "悖論 "指，活人的遠(yuǎn)程傳送在理論上也是可行的，盡管（很可能）這在技術(shù)上是不可能且不切實(shí)際的。

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2）遠(yuǎn)程檢測(cè)竊聽(tīng)：這是安全量子加密的基礎(chǔ)。利用糾纏，我們可以檢測(cè)寄件人和收件人之間的（量子）信息是否在傳輸中被截獲。這與竊聽(tīng)者的距離無(wú)關(guān)，我們僅僅是通過(guò)其竊聽(tīng)產(chǎn)生的影響來(lái)判斷的。

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注意事項(xiàng)：發(fā)送者和接收者之間必須發(fā)送過(guò)消息，且不違反光速。參見(jiàn)沒(méi)有貝爾定理的量子密碼學(xué)。這里的 "悖論 "是，我們可以在不知道是誰(shuí)或他是怎樣竊聽(tīng)到信息的情況下，知曉是否有人在某個(gè)地方竊取了私人信息。

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3）"幽靈式 "計(jì)算：我們可以利用疊加來(lái)獲得比硬件和時(shí)鐘周期枚舉更有效的等價(jià)計(jì)算。這個(gè) "黑客 "利用了量子態(tài)可以處于疊加狀態(tài)的特性，并且這個(gè)過(guò)程可以 "遠(yuǎn)程 "相互干擾。因此，我們可以在量子計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)1和0，并在不重復(fù)硬件的情況下同時(shí)對(duì)兩者進(jìn)行計(jì)算。

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注意事項(xiàng)：只有一些問(wèn)題可以通過(guò)這種方式加速解決。截至2016年2月，我們的量子計(jì)算機(jī)并未超越普通計(jì)算機(jī)，但這種情況有望改變。科學(xué)家們證實(shí)，我們可以借助量子計(jì)算機(jī)來(lái)解決有關(guān)蛋白質(zhì)折疊的問(wèn)題。如果我們能真正實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算機(jī)的商業(yè)化，那真是再好不過(guò)了。這里的 "悖論 "是，一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)在一納秒內(nèi)的計(jì)算量比宇宙中的原子數(shù)量還要多!

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4）無(wú)交互測(cè)量：對(duì)此最好的解釋是，我們可以在不測(cè)量的情況下測(cè)量量子中的東西。在量子理論中，這是最為奇特的！

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注意：我們需要讓物體 "靠近 "傳感器，但不允許傳感器以任何方式干擾物體。這將為我們測(cè)量用普通方式會(huì)受到傷害的物體提供條件，比如冷原子。這里的 "悖論 "是，我們可以通過(guò)遠(yuǎn)程測(cè)量的方式來(lái)測(cè)量事物，雖然有限，但卻違背了我們的時(shí)間和空間感。

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5）粒子的生命延續(xù)：因?yàn)榱孔邮沽Ｗ右云婀值姆绞较嗷プ饔?，我們?shí)際上可以減緩粒子的衰變。（注意：這里不是狹義相對(duì)論，粒子仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)，它只是 "感覺(jué) "到的時(shí)間與周?chē)h(huán)境不同。）

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注意：與相對(duì)論中的時(shí)間膨脹不同，這種效應(yīng)僅限于通過(guò)狀態(tài)疊加進(jìn)化的粒子。這個(gè) "悖論 "是，我們可以通過(guò)與（某種類(lèi)型的）動(dòng)態(tài)系統(tǒng)相互作用，"簡(jiǎn)單"地選擇性地減慢時(shí)間。

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注意事項(xiàng)： "悖論 "是一個(gè)含糊不清的詞。語(yǔ)言使用中未解決的歧義，使得量子在沒(méi)有定義術(shù)語(yǔ)的情況下無(wú)法得到滿意的解釋。悖論可以指以下三種情況之一：(i) 我們通過(guò)邏輯推斷出不同的矛盾答案 (ii) 我們似乎用邏輯得到不同的矛盾答案 (iii) 我們觀察到一些違背常識(shí)的東西。

量子論中的“悖論”總是指這第三種意義上的悖論。在量子中從來(lái)沒(méi)有邏輯悖論。如果(i)發(fā)生在數(shù)學(xué)的任何一個(gè)分支中，這將是一個(gè)史詩(shī)般的事件。如果在算術(shù)中可以用兩種不同的解題路徑得到兩個(gè)不同的答案，我們就需要從頭開(kāi)始拆解和重建數(shù)學(xué)。第（ii）項(xiàng)在 "純 "數(shù)學(xué)和應(yīng)用于物理學(xué)的數(shù)學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)。但正如 "似乎 "這個(gè)詞所表明的那樣，這是一個(gè)主觀事件，不像（i），它關(guān)于數(shù)學(xué)而不是我們。小時(shí)候，我們會(huì)對(duì)那些成年后認(rèn)為“顯而易見(jiàn)”的事情感到困惑。

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和（ii）一樣，（i）項(xiàng)也是主觀事件。但與（ii）不同的是，第（iii）項(xiàng)是關(guān)于我們對(duì)物質(zhì)領(lǐng)域的感覺(jué)，而不是我們對(duì)理論的感覺(jué)。當(dāng)外行說(shuō)量子中存在悖論時(shí)，他們從來(lái)不是說(shuō) "嘿，量子中的赫米特算子在我選擇希爾伯特空間中的不同基函數(shù)時(shí)，似乎給出了矛盾的結(jié)果"。如果他們這樣做，我們就會(huì)處于悖論定義(ii)[如果可以解決]，或者(i)[如果無(wú)法解決]。在量子(無(wú)強(qiáng)引力)中，悖論總是物理的，即情況(iii)。我們稱(chēng)之為量子悖論的事實(shí)恰好證明了其驚人的預(yù)測(cè)和解釋能力，以及其深厚的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。正如從來(lái)沒(méi)有人指責(zé)過(guò)細(xì)胞生物學(xué)，或者社會(huì)科學(xué)是悖論!

作者: Quora

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