人类的新纪元?——量子力学(下)

时间:2019-09-23 10:30:01 来源:铁甲工程机械网 当前位置:品艺术英伦 > 星座 > 手机阅读

前两章的内容,为大家介绍了量子力学的起源,概要,以及由“世纪难题”——薛定谔的猫所衍生出的多世界理论,量子自杀等问题和它们所带来的影响。那么我们介绍了这么多,量子力学对于现在的人类世界又有什么具体意义呢?

对哲学的影响

人类的新纪元?——量子力学(下)

宏观物理世界的确定性是由微观世界的不确定性以概率的形式支持的。似乎有一种不被意识所知的整体的能力将微观量子连接为一个整体的存在,这隐藏的能力使量子向我们显现某些幽灵式的同谋和协作。只是在量子的位置和动量的关联上,向我们显现一些可把握的规律。在阿斯派克特实验中,量子的这种同谋超越了光速的限制,也可以说是超越了时空的限制。或许,量子在本质上有不为人知的更整体的存在状态,而向我们显现的只是这整体存在浮出水面的一些小岛。

所有这一切意味着什么呢?按照波尔的观点:询问一个电子“实际”是什么的问题,是没有意义的。或者至少,当您提出这个问题时,物理学家不可能给予回答。他宣称:物理学不告诉我们世界是什么,而是告诉我们关于世界我们能够谈论什么。这意味着关于世界的本质我们不能在当前的物理学中找到答案。

它不完全感知的结果。这一点是与传统观念相违背的,我们知道许多不可预言的系统:如气候变化、股票市场等。但根据传统的观点,这些事物的不可预知性是因为我们不具有足够的信息以计算出它们的行为。

即使在量子理论诞生100年以后的今天,大多数人对我们周围世界的理解仍然停留在传统物理学的层次上,就像量子力学问世以前大多数科学家所认为的那样:我们周围的世界是独立存在的。就是说。它是由物体(如桌子、椅子、行星、原子)组成的。这些物体就在那里存在着,不管我们观察它们与否。按照这种哲学,宇宙是这些独立存在的物体的集合,它们合在一起就构成了事物的整体。原则上,只要我们把观察事物的过程中对事物的扰动缩减到足够小的程度,那么在我们对事物的观察之前和之后,物体实际应该具有同一的或连续的动力学属性( 如位置、动量和能量)。于是原子和电子只不过是一些“小东西”,它们与“大东西“的差别仅在于尺度的不同,在别的方面,其实在性的地位没有本质上的不同。

对科技的影响

最主要的影响体现在通信方面。

1993年,C.H.Bennett提出了量子通信的概念;同年,6位来自不同国家的科学家,提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案:将某一个粒子的未知量子态传送到另一个地方,把另一个粒子制备到该量子态上,而原来的粒子仍停留在原处。其基本思想是:将原物的信息分成经典信息与量子信息两部分,它们分别经由经典通道和量子通道传送给接收者。经典信息是发送者对原物质进行某种测量而获得的,量子信息是发送者在测量中未提取的其余信息;接收者在获得了这两种信息后,就可以制备出原物量子态的完全复制品。该过程中传送的仅仅是原物质的量子态,而不是原物本身。发送者甚至可以对这个量子态一无所知,而接收者是将别的粒子处于原物质的量子态上。

所谓量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式,是近二十年发展起来的新型交叉学科,是量子论和信息论相结合的新的研究领域。

光量子通信主要基于量子纠缠态的理论,使用量子隐形传态(传输)的方式实现信息传递。根据实验验证,具有纠缠态的两个粒子无论相距多远,只要一个发生变化,另外一个也会瞬间发生变化,利用这个特性实现光量子通信的过程如下:事先构建一对具有纠缠态的粒子,将两个粒子分别放在通信双方,将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行联合测量(一种操作),则接收方的粒子瞬间发生坍塌(变化),坍塌(变化)为某种状态,这个状态与发送方的粒子坍塌(变化)后的状态是对称的,然后将联合测量的信息通过经典信道传送给接收方,接收方根据接收到的信息对坍塌的粒子进行幺正变换(相当于逆转变换),即可得到与发送方完全相同的未知量子态。

人类的新纪元?——量子力学(下)

经典通信较光量子通信相比,其安全性和高效性都无法与之相提并论。安全性-量子通信绝不会"泄密",其一体现在量子加密的密钥是随机的,即使被窃取者截获,也无法得到正确的密钥,因此无法破解信息;其二,分别在通信双方手中具有纠缠态的2个粒子,其中一个粒子的量子态发生变化,另外一方的量子态就会随之立刻变化,并且根据量子理论,宏观的任何观察和干扰,都会立刻改变量子态,引起其坍塌,因此窃取者由于干扰而得到的信息已经破坏,并非原有信息。高效,被传输的未知量子态在被测量之前会处于纠缠态,即同时代表多个状态,例如一个量子态可以同时表示0和1两个数字, 7个这样的量子态就可以同时表示128个状态或128个数字:0~127。光量子通信的这样一次传输,就相当于经典通信方式的128次。可以想象如果传输带宽是64位或者更高,那么效率之差将是惊人的2的N次方,以及更高。

对社会科学的影响

人类的新纪元?——量子力学(下)

人们自然会问:为什么需要运用量子理论来研究人类社会?量子理论怎么与社会科学挂上钩了呢?这两者看起来毫不相关。量子理论是研究物质微观世界规律的物理学分支学科,它主要描述微观的事物,是现代物理学的基本支柱。社会科学历来是研究人文与社会的宏观现象。量子理论与社会科学这两者看起来是天壤之别。量子力学理论可以用来指导与帮助研究社会种种现象吗?社会现象具有量子态吗?

当代生命科学与认知科学的研究结果表明:

人的认知是人脑接受外界输入信息,经过头脑的加工处理,转换成内在的心理活动,进而支配人的行为的信息加工过程;

基于人的认知基础上的对于人类社会种种现象描述的社会科学,实际上是对于该信息输入与输出及其传播与加工过程的观察结果;

我们每个人或每个社会团体所观察到的信息,绝非世界事物本身的全部,也非简单的因果关联。未观察到的部分不是不存在,而是与万物关联的不确定性与其“非定域性”。

量子社会科学的研究与应用促进了其他相关领域,包括如量子博弈论,量子决策理论,量子金融学和量子经济学的研究与发展。可以相信,在可预见的不久的将来,量子计算机及其量子认知计算将给量子社会科学模拟种种复杂的社会现象,带来重大的变革性影响,人类对于自身所面对的种种社会现象将有更为深刻的认知,从而进一步地认识世界、改造世界。

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