《世纪幽灵:走近量子纠缠》以讲故事的方式,带领读者一步一步走近神秘的量子世界,最后走近更为神秘的量子纠缠。
量子理论说起来神秘莫测,却极大地影响了现代文明社会。计算机、网络及通信技术近年来的突飞猛进,很大程度上可以说是建立在量子论发展的基础上的。从1901年开始,一百多年的诺贝尔物理学奖中,百分之九十以上都颁发给了与量子论有关的课题。这个数字足以说明量子论对现代高科技功不可没。如今,量子纠缠现象的研究正在带动量子信息、量子计算等技术的发展,将有可能掀起新一轮的技术革命。
《世纪幽灵:走近量子纠缠》是一本深入浅出、老少皆宜的科普读物。《世纪幽灵:走近量子纠缠》的主要叙述部分基本不用数学,即使是非理科读者也能读懂。对于想深入了解量子论的读者,可参阅附录中的简单数学推导,或者阅读其他相关的图书。
如果有人说,物理学界有一个一百多岁的“幽灵”,你会相信吗?物理科学怎么会与“幽灵”搭上边呢?事情的确很奇怪,但是,连伟人爱因斯坦当年也一直为量子论而导致的量子纠缠现象的“远距幽灵作用”所困惑。如今,爱因斯坦逝世已经超过半个世纪之久,可谜团仍未完全解开。因此,可以毫不夸张地说,量子理论就是这么一个“幽灵”。
它一次一次用不可思议的量子现象,将人们带进层层迷宫。近百年来,它挑战着人类哲学思维的极限,它纠结着无数科学家的神经;它既造福于文明社会,又扰乱学术界的安宁。如今,它又把“量子”这个桂冠,戴到了多种学科的头上,似乎将引发信息学、密码学、计算机科学、通信、网络等研究领域的新一轮革命,向人们展示出了一个更为奇妙的未来世界。
本书尽量使用通俗的语言,向公众介绍神秘而奇妙的“量子纠缠”。而要认识神秘的量子纠缠,首先要认识神秘的量子现象,认识以上我们所说的这个“百年幽灵”。
不管是学哪个专业的,大家大概都听说过奇妙的量子现象。诸如测不准原理、薛定谔猫之类的,在日常生活中看起来匪夷所思的现象,却是千真万确地存在于微观的量子世界。
许多人将听起来有些诡异的量子理论视为天书,从而敬而远之。有人感叹说:“量子力学,太不可思议了,不懂啊,晕!”
不懂量子力学,听了就晕,那是非常正常的反应。听听诺贝尔物理学奖得主、著名物理学家费恩曼的名言吧。费恩曼说:“我想我可以有把握地讲,没有人懂量子力学!”量子论的另一创始人玻尔也说过:“如果谁不为量子论而感到困惑,那他就是没有理解量子论。”既然连费恩曼和玻尔都这样说,我等就更不敢吹嘘了。
因此,我们暂时不要奢望“懂得”量子力学。此书的目的是让我们能够多了解、多认识一些量子力学。也许不能“走进”,但却能“走近”。因为量子论虽然神秘,却是科学史上最为精确地被实验检验了的理论,它经历了一百多年的艰难历史,发展至今,可以说是到达了人类智力征程上的最高成就。身为现代人,如果不曾“了解”一点点量子论,就如同没有上过因特网,没有写过电子邮件一样,可算是人生的一大遗憾啊。
这个世纪幽灵,披着层层的面纱,多少人想要描述其面纱下的容颜,从而创造出了对量子力学的种种诠释。有的人想用统计来解释它,有的人创造了多个平行世界的模型,有的人使用波函数塌缩,有的人提出隐变量理论,还有人倡导交易诠释、随机诠释、退相干诠释等等,各种诠释数不胜数,各种观点莫衷一是。在本书中,我们将主要使用所谓“正统诠释”,也就是以量子力学创始人玻尔为代表的哥本哈根学派的诠释,来介绍量子力学,来带你走近量子纠缠。
可是,人类什么时候才能真正揭开它神秘的层层面纱,看清它的庐山真面目呢?这个跨越世纪的幽灵!
序一
序二
前言
第一章 从“薛定谔猫”谈起
第二章 量子“小妖精”
第三章 上帝掷骰子吗?
第四章 世纪之争
第五章 狄拉克的世界
第六章 纠缠着的妖精
第七章 哥本哈根最后一位大师
第八章 追寻爱因斯坦之梦
第九章 贝尔不等式
第十章 量子态、叠加态、纠缠态
第十一章 实验室中的光子
第十二章 实验给出最终判决
第十三章 幽灵成像和量子擦除
第十四章 何谓量子比特
第十五章 费恩曼先生敲边鼓
第十六章 三光子之舞
第十七章 量子加密
第十八章 量子计算机
第十九章 量子隐形传输
第二十章 连续变量也纠缠
第二十一章 世纪幽灵的面纱
第二十二章 破解“薛定谔猫”
附录A 狄拉克方程
附录B 希尔伯特空间和狄拉克符号
附录C 量子比特
参考文献