量子纠缠被实验证实意味着什么？的量子双缝试验又升级了

要说科学史上最“毁尽三观”的理论莫非近年来大量在高科技领域应用的量子理论所属，量子的不可观测性千丝万缕指向了人类的“意识”，而量子力学里最“毛骨悚然”的试验肯定是量子双缝干涉试验，随着试验的不断完善和升级，更多更诡异的现象也逐渐浮出，甚至打破了时空可以预知未来，彻底击破了人类自然观的最后防线。

量子力学从诞生那天开始，其成因就无人能解，但这并不影响我们对量子理论定论和实际应用，只要我们经过试验证明是正确的理论就可以实际应用，目前在原子核能、半导体、芯片、通讯等高科技领域都大量使用了量子理论，而我国准备打造的下一代新基建项目就以“人工智能、卫星物联网和量子时代”为基础，全面实现高科技领域的从追赶到领跑的地位。

从某种意义上来说，任何人去了解量子力学，都不需要有压力，因为我不明白，你不明白，费曼也不明白。——耶鲁大学物理系教授Ramamurti Shankar

你不需要明白，你只要清楚量子力学能做些什么就行了。现在我们就用最通俗易懂的语言来看看这个惊世骇俗的量子双缝干涉试验以及它的升级版到底有多“恐怖”。

第一次试验，颠覆了物体唯一性的常识，世界不再是“非黑即白”，“潘多拉魔盒”开启。

我们知道这个世界所有事物都是具有唯一性的，你就是你，我就是我，玻璃不可能是金属，死人不可能同时活着，但是量子世界颠覆了这一常识。

事情起源于1807年，托马斯.扬实现了光的双缝干涉实验，再次引发了光的本质究竟是粒子还是波的争论，但此时的争论仍局限在经典物理的范畴内。

双缝实验，著名光学实验，在1807年，托马斯·杨总结出版了他的《自然哲学讲义》，里面综合整理了他在光学方面的工作，并在里面第一次描述了双缝实验：把一支蜡烛放在一张开了一个小孔的纸前面，这样就形成了一个点光源(从一个点发出的光源)。现在在纸后面再放一张纸，不同的是第二张纸上开了两道平行的狭缝。从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，就会形成一系列明、暗交替的条纹，这就是现在众人皆知的双缝干涉条纹。

杨氏双缝干涉实验，从小孔中射出的光穿过两道狭缝投到屏幕上，就会形成一系列明、暗交替的条纹

光穿过双缝会产生干涉条纹，证明了光是波的特性

光穿过双缝会产生干涉条纹

这里给大家科普一下，如果光或量子是波的特性，那么通过双缝会留下干涉条纹；如果是粒子的话，那么通过双缝只会留下两个缝的图形。

1961年，蒂宾根大学的克劳斯·约恩松不知道哪根筋搭错了突发奇想用单个电子来进行双缝干涉实验，从而打开了量子领域的一个潘多拉盒子。

约恩松首先用电子流朝着并列的双缝轰击，按照设想，电子流通过双缝后应该在后面的屏幕上留下两条与双缝对应的亮纹。然而，神奇的是，在屏幕上出现的并不是两条亮纹，而是多条明暗相间的干涉条纹。约恩松很好奇，他设想是否是因为电子在电子流中互相拥挤碰撞，进而造成了多条干涉条纹。于是，他使用发射器将电子一个一个发出，这下就不会有碰撞了，然而神奇的是，在双缝后面的屏幕上仍然留下了一条条明暗相间的干涉条纹。经过争论，人们认为电子也具有波粒二象性，事情似乎是告一段落。

在双缝干涉实验中,一个电子同时穿过两条缝也能产生干涉条纹

单光子为什么也能产生干涉条纹

看到没？单电子通过双缝仍然会留下干涉条纹，这就匪夷所思了，当时科学界只能把量子归纳为“波粒二象性”，意思两种特性集于一身，这就大大超出我们对物体唯一性的认识，而量子的其它试验更进一步证明了这个理论：量子是叠加态的。

——量子叠加，就是指一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上。著名的“薛定谔的猫”理论曾经形象地表述为“一只猫可以同时既是活的又是死的”。

薛定谔的猫是物理学家薛定谔提出的一个思想实验，是指将一只猫关在装有少量镭和*********的密闭容器里。镭的衰变存在几率，如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有*********的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活。根据量子力学理论，由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。但是是不可能存在即死又活的猫，则必须在打开箱子后才知道结果。该实验试图从宏观尺度阐述微观尺度的量子叠加原理的问题，巧妙地把微观物质在观测后是粒子还是波的存在形式和宏观的猫联系起来，以此求证观测介入时量子的存在形式。

薛定谔的猫在没有打开盒子，盒子里的猫同时存在活和死的状态，当盒子打开，猫就只有死或者活一种状态了

在量子世界里，事物存在多种叠加态的可能，一只猫既可以是死猫，也可以是活猫，甚至是半死不活。量子既可以是波、也可以是粒子，量子比特可以同时处于“0”和“1”的状态，这也是最近大火的量子计算机的原理。量子的叠加态可以让我们刚起步的量子计算机一台的算力超过全球计算机总和还要强大成百上千倍。

第二次试验，人的“意识”决定量子的行为，“精神文明”时代入口呈现。

玛雅文明曾经记载史前人类曾经历过两个文明，首先是物质文明，就是我们现在这个文明，以物质为主；其次是精神文明，意识提供文明驱动力。

我们不去考证这段话的真实性，但接下来的试验，多多少少印证了玛雅文明这个神奇记载或有存在的可能性。

1974年，米兰大学的梅里教授又突发奇想，他对实验结果还是不满意，他老想看看电子到底是怎样通过双缝的，看看干涉条纹到底是如何形成的。没想到这下坏了事。他在双缝的入口安装了高精度的监视器，可以清晰地看清电子的出入。准备完成后，他仍然通过发射器将电子一个一个发出。结果这不看不要紧，一看，坏了。屏幕上的一条条干涉条纹不见了，只剩下了两条亮纹，而且通过监视器可以清晰地看到电子如粒子般一个个通过左缝或右缝，在屏幕上形成两条亮纹。

前面说过单个电子流在屏幕上应该形成多条干涉条纹，为什么试图观察电子通过双缝的行为时，干涉条纹就消失了呢？梅里也很疑惑，于是他将监控关闭，结果屏幕上又出现了神奇的干涉条纹；再将监控打开，条纹又消失了；……如此往复。

如果“意识”参与进来进行观察的话，量子的状态就会坍塌，干涉条纹消失

这个实验可怕在哪里呢？从实验过程看，目标是看清电子干涉中通过双缝的行为，但当你要看时，干涉条纹就消失了；当你不看时，干涉条纹就出现了。总之，电子就好像有了意识一样，和人玩起了躲猫猫，总之，不让你看到意识参与情况下的行为。

这个实验在科学界引起了巨大震动。为了解释这个实验，人们不得不再次审视千百年来在科学研究中被摒弃的一个观念：“意识”。在传统的科学研究中，“意识”是不会对客体产生影响，是不应被引入到科学研究中的。然而，由于电子的双缝干涉实验，“意识”不仅被引入了科学研究，而且一定程度成为实验结果的决定因素，即实验者的意识决定着实验对象的呈现方式。

如上段所述，“薛定谔的猫”也是由人的意识决定事物的结果，意识参与物质作用目前看来已经是不争的事实了。

这里再引入一个概念：“量子坍塌”，量子崩塌，就是从可能变为现实。量子力学事物存在各种可能性，而经过量子崩塌之一过程，唯一存在的事实产生，也就是确定了事情的发生。

也就是说：意识导致了量子坍塌，意识决定了事物的存在状态。

升级版试验，量子具有“预知未来”的能力，准确判断未来发生的事，“神级文明”或向人类招手。

这时候，量子力学另一个重量级的理论出现了:量子纠缠。

在量子力学里，当几个粒子在彼此相互作用后，由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质，无法单独描述各个粒子的性质，只能描述整体系统的性质，则称这现象为量子缠结或量子纠缠。量子纠缠是一种纯粹发生于量子系统的现象；在经典力学里，找不到类似的现象。

简单地说，量子纠缠现象就是两个处于纠缠态的量子，一个状态改变，另一个也会马上改变，通过观察一个量子的状态，马上就能知道另一个量子的状态。比如说著名的手套原理，我们把一对手套分别寄往两个不同的地方，无论寄送的过程怎样，只要有一方收到手套，比如是左手手套，马上就可以得知另一处的手套是右手。这个状态是瞬时的，无需传递时间，在打开手套的一瞬间马上就可以知道另一个量子的状态，而且无论相隔100亿光年以外也是如此。

再比如你和你父亲处于纠缠态，你父亲远在他乡，你生了一个孩子，状态改变了，你升级成了父亲；与此同时，你远在他乡的父亲也瞬间升级成爷爷，这个过程无需信息传输、状态瞬时改变。当然用宏观世界的例子去解释量子纠缠并不合适，这里只是让大家明白量子纠缠的原理，量子纠缠本身要比我这个举例要复杂的多。

量子纠缠

处于纠缠态的手套，我们只要收到了一只，马上就知道另一只是左手还是右手

接下来科学家突然奇想，如果把两个处于纠缠态的量子分别射向双缝，并且其中一个量子要经过多次折射才能投影在幕布上，也就是说，有一个会先到，先显示结果，另一个会后到，后显示结果，并且在后到量子的路径上安放观察设备。

这其中要注意一个细节，就是上节说过的量子坍塌，量子一旦经过观察，状态就会坍塌，呈现不同的结果。没有观察的量子投影在幕布上是呈现波的特性，有干涉条纹；而观察过的量子会坍塌，呈现在幕布上是粒子的特性，没有干涉条纹。

诡异的试验开始了，科学家把处于纠缠态的两个量子同时打出去，射向双缝，先到的粒子不观测，对后到的粒子进行了观察，试验结果非常诡异：先到的纠缠态粒子就像被观察过一样，呈现的是坍塌状态，而后到的粒子因为被观察过，所以也呈现的是坍塌状态。

先到的纠缠态粒子明明没有被观察怎么会坍塌，怎么会提前预知后面的纠缠态粒子会被观察，从而显示纠缠坍塌状态？

先到的A粒子可以预知后到的B的状态，提前显示出来

科学家决定继续试验，他们决定不观察后面的粒子了，然后做试验，试验结果是两个粒子都呈现没有坍塌的干涉条纹。

它们又知道了！

科学家彻底蒙圈了，他们接着做了大量的试验，观察随机进行，但试验结果都是一样的，只要被观察了，都呈现坍塌态，没观察的就没事，量子比科学家还猜的准他们的心思和行为结果。

这是“神级文明”在向我们招手了吗？

这种预知未来的行为，也许近几十年内都无法破解，我们永远不知道量子力学还要给我们带来多少震惊和可能，但不管怎样，我们只要知道结论就行，先用起来服务人类文明，总有一天量子的原理会被攻破，期待那一天的到来。

量子是因为构成物质的分子、原子、电子、光子等微观粒子具有量子效应，所以也可以叫它们为量子，量子效应包括能量的不连续、位置不确定、状态叠加、干涉、纠缠等。

可能大家读的很辛苦，我已经尽量用通俗的语言来阐述，量子力学确实不好理解。今天的文章里虽然只拿双缝干涉试验举例，但量子力学几个基本常识都在里面了：量子叠加态、量子干涉、量子意识、量子纠缠、量子坍塌等等，这为下一步继续给大家科普打下了基础，如果有兴趣，接下来继续给大家科普量子力学在未来的应用可能，会对人类文明造成哪些翻天覆地的改变，谢谢。

（PS：关于量子力学的争论一直都在持续，本文的观点未必正确，只是用浅显的语言给大家做个科普，不具有权威性和绝对的正确性，请大家选择性阅读）

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