微观粒子间神秘联系的稳定程度超出科学家预期


【明慧网2002年10月9日】科学家们发现处于“量子缠绕态”(quantum entanglement) 的两个光子可以通过金属片而不失去这种联系。这一发现意味着粒子间的这种量子联系比科学家们原先认为的要稳定。这一发现已发表在《自然》杂志2002年7月出版的418卷上。 

“量子缠绕态”是至今还不能被科学家们很好解释的存在于微观粒子的一种奇特的联系。在量子力学研究中,科学家们发现原来处于同一系统的微观粒子在分开后,无论它们相距多远,仍然保持一种瞬时的联系,一个粒子状态的改变可以瞬时地使另外粒子的状态发生相应的改变,这种奇异状态被称为量子缠绕态。这种现象最早由物理学家爱因斯坦(Albert Einstein)等提出。1935年,爱因斯坦在与玻尔(Niles Boher)关于量子力学完备性的争论中,与两个同事一起提出了这种量子缠绕现象。他们并不相信这种现象真的存在,他们提出这一现象是想以它作为量子力学的不完备的证据,因为它直接违反了物理学中“定域性”和爱因斯坦的“狭义相对论”。但几十年以后科学家们在实验上真的发现了这种现象。

科学家们原以为粒子的这种量子缠绕会因为它们与其它物质的相互作用而被破坏掉。但荷兰雷登(leiden)大学科学家厄尔文·阿尔特维切尔(Erwin Altewischer)研究组发现这种观点不正确。他们用一块单晶把光子分成一对能量较低的极化互相缠绕的光子,然后他们把这些光子打在厚度足以挡住光子的金箔上。在这些金箔上面布满很多直径为200纳米(一纳米等于10亿分之一米)的小孔,虽然因为这些小孔太小光子无法直接通过,但他们发现光子在金箔表面产生的一种被称为等离激元(plasmon)的表面电子波可以穿过金箔上的小孔并在金箔的另一面湮灭而发射出光子。他们对打到金箔以后的光子进行的测量表明,无论是一个光子还是两个光子同时被转化成等离激元,经过这一过程后的这些光子仍然处于量子缠绕态。

阿尔特维切尔认为光子的量子缠绕在光子被转化成等离激元以后还能保持,这一发现可能被用于开发一种新型的量子计算机或量子编码系统。

“这是一个好兆头,因为它表明量子缠绕在我们原先以为它不能保持的一些过程可以继续被保存,”厄克色特尔(Exeter)大学光子学(photonics) 专家比尔巴尔内斯说,“如果他们在这一过程中能保持,那么它能在另外的什么过程中可以保持吗?”
  
对量子缠绕现象的本质目前科学家们仍然没有什么线索。量子力学的多世界理论倒是可以解释这种现象:多世界理论认为粒子同时存在于很多个不同的世界中。在我们这个物质空间中相距遥远的粒子,在另外的空间中可能近在咫尺,所以对一个粒子的扰动,另外粒子可能会即时受到影响。无论这种量子缠绕的本质是什么,有一点是肯定的,这就是现代科学对物质之间联系的认识还很不全面。这种联系可能不仅存在于微观世界,也存在于宏观世界。中国古人可以利用天象的变化预测人事的变迁,而这种天象发生的地点离我们地球可以非常遥远,可能就是对这种联系的认识和运用。这些联系对现代科学来说现在仍然是个谜。

参考资料

1.http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nature/journal/v418/n6895/full/418281a_fs.html
2.http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nature/journal/v418/n6895/full/nature00869_fs.html
3. http://www.newscientist.com/hottopics/quantum/quantum.jsp?id=ns99992564