【當科學遇上偽科學】愛因斯坦也有困惑的時候 量子力學的神秘面紗

撰文: 關震海     攝影: 關震海 部分圖片:法新社、網絡圖片

31 Mar 2017

多啦A夢的隨意門比《龍珠》裏的瞬間轉移更厲害。跨過隨意門可超越時間空間,進入你想去的時空領域。

愛因斯坦在上世紀三十年代不斷思考粒子的不確定性,提出「量子糾纏」的預想。「量子糾纏(Quantum Entanglement)」是指當粒子之間發生相互影響,無論粒子之間有多遠,在不同時空出現相互影響的「糾纏」也可以同步發生。按照這個預想,當粒子出現「量子糾纏」效應,便可超越時間與空間。

這種超越時空的奇想打破量子力學與宇宙定理。打破定理又如何,對量子電動力學有重大貢獻的物理學家Richard Feynman(費曼)曾言:「I think I can safely say that nobody understands quantum mechanics (我想,沒有人明白量子力學)。」

量子糾纏的出現,似乎佐證出現在漫畫的瞬間轉移與隨意門不是絕對不可能實現的設想。兩年前有物理學家已證實「量子糾纏」確實發生,中國物理研究近年積極埋首研究比光速更快的量子通訊。

愛因斯坦發現了但不相信

愛因斯坦發現微細粒子的軌迹不能預測,1935年他與另兩名科學家波多爾斯基(Boris Podolsky)及羅森(Nathan Rosen)發表論文,提出量子力學的不足,指出粒子有不確定性,粒子之間可以互動,互相分離的粒子有糾纏的關係,當兩個或以上的粒子進行交互作用,整個系統進入量子態,成為一個整體。當兩個粒子透過量子糾纏,會分別帶到不同的地方,可以超越遠距離。

愛因斯坦認為,量子糾纏可令一個亞原粒子(比原子還要小的粒子)瞬間到另一空間,但他認為這違反了宇宙上所有邏輯。因此他只承認這是「幽靈般的遠程效應」,但他並不相信。愛因斯坦引入量子力學的不確定,開啟了後世物理學家的大腦,上世紀六十年代有科學家證明「幽靈般的遠程效應」的存在。

根據量子力學理論,一個電子向上旋,另一個電子定必下旋,但只有在測試時才能確定。荷蘭代爾夫特理工大學(TU Delft)的物理學家漢森及其團隊,把兩顆鑽石放在相距1.3公里的兩端,嘗試在它們之間傳遞信息。兩顆鑽石含有可俘獲單個電子的微小空間,此空間具「自旋」的磁性。研究者用微波和激光能的脈衝來糾纏,在校園兩側設有獨立探測器,並測量到電子的糾纏狀態,電子之間出現超越時空的互動。

神秘莫測不代表是「偽科學」

量子糾纏由不可能變成神秘的科學,物理學家多年來的精心研究,慢慢揭開神秘面紗。要做到像隨意門那樣超越時空可能還未能實現,但焦急的科學家希望先將量子糾纏的原理運用在通訊。現時全球物理學家埋首研究量子通訊,認為這是牢不可破的加密通訊方式,中國是研究量子先進的國家之一。

2015年,科學期刊《Nature》封面刊登了中國科技大學用了十八年研發的「多自由度量子體系的隱形傳態」的成果,該研究套用量子糾纏的原理將量子傳送到遙遠的地方。研究者之一物理學家陸朝陽接受媒體訪問時說:「未來一定會出現競賽。」

去年8月,中國第一顆量子衞星「墨子」成功發射,其他國家有意效法,意味量子糾纏的研究進入另一階段。正如很多物理學家預言,當將來全球走向量子互聯網,量子將包圍我們。

量子力學一開始像巫術般不可信,但是,世界上許多事情就是這樣:表面證據確鑿的,後來被證實為弄虛作假;表面不可思議的,後來反而被證實為千真萬確。

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