微觀粒子間神秘聯繫的穩定程度超出科學家預期

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【明慧網2002年10月9日】科學家們發現處於「量子纏繞態」(quantum entanglement) 的兩個光子可以通過金屬片而不失去這種聯繫。這一發現意味著粒子間的這種量子聯繫比科學家們原先認為的要穩定。這一發現已發表在《自然》雜誌2002年7月出版的418卷上。 

「量子纏繞態」是至今還不能被科學家們很好解釋的存在於微觀粒子的一種奇特的聯繫。在量子力學研究中,科學家們發現原來處於同一系統的微觀粒子在分開後,無論它們相距多遠,仍然保持一種瞬時的聯繫,一個粒子狀態的改變可以瞬時地使另外粒子的狀態發生相應的改變,這種奇異狀態被稱為量子纏繞態。這種現象最早由物理學家愛因斯坦(Albert Einstein)等提出。1935年,愛因斯坦在與玻爾(Niles Boher)關於量子力學完備性的爭論中,與兩個同事一起提出了這種量子纏繞現象。他們並不相信這種現象真的存在,他們提出這一現象是想以它作為量子力學的不完備的證據,因為它直接違反了物理學中「定域性」和愛因斯坦的「狹義相對論」。但幾十年以後科學家們在實驗上真的發現了這種現象。

科學家們原以為粒子的這種量子纏繞會因為它們與其它物質的相互作用而被破壞掉。但荷蘭雷登(leiden)大學科學家厄爾文﹒阿爾特維切爾(Erwin Altewischer)研究組發現這種觀點不正確。他們用一塊單晶把光子分成一對能量較低的極化互相纏繞的光子,然後他們把這些光子打在厚度足以擋住光子的金箔上。在這些金箔上面布滿很多直徑為200納米(一納米等於10億分之一米)的小孔,雖然因為這些小孔太小光子無法直接通過,但他們發現光子在金箔表面產生的一種被稱為等離激元(plasmon)的表面電子波可以穿過金箔上的小孔並在金箔的另一面湮滅而發射出光子。他們對打到金箔以後的光子進行的測量表明,無論是一個光子還是兩個光子同時被轉化成等離激元,經過這一過程後的這些光子仍然處於量子纏繞態。

阿爾特維切爾認為光子的量子纏繞在光子被轉化成等離激元以後還能保持,這一發現可能被用於開發一種新型的量子計算機或量子編碼系統。

「這是一個好兆頭,因為它表明量子纏繞在我們原先以為它不能保持的一些過程可以繼續被保存,」厄克色特爾(Exeter)大學光子學(photonics) 專家比爾巴爾內斯說,「如果他們在這一過程中能保持,那麼它能在另外的甚麼過程中可以保持嗎?」
  
對量子纏繞現象的本質目前科學家們仍然沒有甚麼線索。量子力學的多世界理論倒是可以解釋這種現象:多世界理論認為粒子同時存在於很多個不同的世界中。在我們這個物質空間中相距遙遠的粒子,在另外的空間中可能近在咫尺,所以對一個粒子的擾動,另外粒子可能會即時受到影響。無論這種量子纏繞的本質是甚麼,有一點是肯定的,這就是現代科學對物質之間聯繫的認識還很不全面。這種聯繫可能不僅存在於微觀世界,也存在於宏觀世界。中國古人可以利用天象的變化預測人事的變遷,而這種天象發生的地點離我們地球可以非常遙遠,可能就是對這種聯繫的認識和運用。這些聯繫對現代科學來說現在仍然是個謎。

參考資料

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

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