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量子力学三大难题,困扰科学家已久,如果解决

时间:2020-06-07 16:51

人类对世界的探索,从简单到复杂,一步步的探索地球,在探索地球的过程中,人类在科学领域也取得了长足的进步,特别是在物理领域,人类提出相对论,宇宙学,量子力学,弦理论,试图解释宇宙的诞生和各种物理规律,目前人类对于宏观世界中的物理定律基本已经研究透彻,相关的物理知识可以进入我们生活的方方面面,但是在量子力学的微观能量世界中,还是有很多谜题困扰着我们。

今天我们就来说一下,量子力学中的三大难题,也是科学家在研究量子之间关系时的主要难题,或许在未来人们解决这些难题后,可以让人类的文明水平得到很大提高,并且在很多和量子力学的相关领域都可以得到突破。

量子之间的特性最让人着迷的就是“量子纠缠”了,在物理学中可以说鼎鼎大名,曾经很多著名的物理学家对量子的这些特性都感觉到很惊讶,比如爱因斯坦就对量子的纠缠状态做出过自己的看法,他称“量子纠缠”是:鬼魅一样的超远距离作用,但是这并不是爱因斯坦不认可量子力学,相反爱因斯坦也是量子力学的奠基人之一,他只是认为目前科学研究不够,没办法搞清楚量子纠缠的原理,并且相信在未来人类肯定可以搞明白量子发生纠缠的原因。

为什么这么多科学家都对量子的纠缠状态这么感兴趣呢?其实这是因为量子在发生纠缠后,它们之间的状态就是发生了改变,当多个量子相互作用后,它们的状态就无法单独来讲了,我们只能把这些量子当成一个类似于整体的状态来描述,这个状态就被称为量子纠缠。

更神奇的是,在发生过量子纠缠的量子分开后,单个量子的改变会影响另外一个量子的状态,2017年6月16日,墨子号量子实验卫星发现,两个纠缠后的光子之间就算相互距离1300公里,仍然保持纠缠状态,一个光子改变会影响另外一个光子,这违背了常识中的物理定律,科学家至今都没有明白其中的原理。

但是相信在未来,随着我们科学发展,科学家可以明白量子纠缠的原理,利用在其他领域上,肯定可以在信息领域有重大的改变,或许实现“星际通信”也是很有可能的。

薛定谔的猫,相信很多人都了解过,通过的实验,让量子的状态影响现实中的物体,从而让可怜的猫咪陷入了悖论之中——我们无法搞清楚猫咪的状态,死亡和生存都有可能,这个时候猫咪其实和量子中的叠加状态一样,两种状态都有可能存在,如果不主动观察,就没办法发现猫咪的确切状态,在量子发生叠加时也是一样,很多量子可能是“波”也有可能是“粒子”,比如光子和光波,是两种可以转换的状态。但是在研究者没有观察时,无法知晓粒子的状态。

就算研究者在观察量子时,量子的状态也是会改变的,那么为什么我们不能在观察时就有一个确定的事实呢?这就是困扰科学家的难题,如果我们可以确切地观测量子的状态,在很多领域都会有很大的突破,最显著的应该就是量子计算机的错误率会大大减少,在利用量子状态制造新材料时,也会少很多麻烦的步骤。

说起量子力学和相对论的矛盾,就不得不提起弦理论,可以说弦理论是一个证明宇宙本质的理论,可惜的是,我们一直无法证实弦理论的真实性,如果在未来有一天可以证实,我们就可以搞明白宇宙的诞生和诸多困扰我们已久的难题,可以说人类的文明会迎来一次改变,因为在弦理论中,我们所处的宇宙是多维的,人类感觉到的宇宙是9+1维时空中的D3膜。

并且所有基本粒子和量子,其实都是一根根在震动的“弦”,这些弦组成了一切,粒子运动就是因为这些弦的颤动,可惜的是因为目前人类的科学条件不足,没有合适的实验环境来证明“弦理论”,在未来人类对量子加速器有了突破之后,或许可以证明弦理论,到时候我们对于宇宙本质的理解会再次提升,人类文明会迎来一次突破,我们会真正地进入星际时代。

上面的三种难题在未来都可能得到解决,目前我们只能安心等待科学一步步发展,解决更多困扰我们的难题,你认为“弦理论”的多维宇宙理论是正确的吗?欢迎在下方留言讨论,也可以关注我,每天带来不一样的科学趣闻!