量子,是现代物理学的重要概念之一,最早由德国物理学家普朗克在1900年提出。
虽然近些年来,随着义务教育的普及和推广,以及众多科普节目的深入解说,许多科学知识都已经揭开了神秘的面纱,但人类目前掌握的高端知识和理论,对于普通人而言,依旧是犹如天书一般深不可测,需要具备深厚的学术功底才能理解,量子理论就属于这个范畴。
要论深奥的程度,量子理论已经触及到了物质世界的核心规则,目前人类对其认识的程度,连蹒跚学步都还算不上。
不过关于量子领域的研究成果,倒是经常会在新闻中出现,最著名的就要属量子通讯了,尽管出现的概率颇高,但是绝大多数人却并不知道量子究竟是个什么东西。
众所周知,粒子是能够以自由状态存在的最小物质组成部分,包括电子、光子、中子、质子等等,绚丽多姿的大千世界,正是由这些微小之极的粒子所构成,但量子却不是某种粒子,而是对物理量的描述。
一个物理量,如果存在最小的不可分割的基本单位,我们就说这个物理量呈现量子化,并把这个最小的单位称为量子。
比如光子就是一种量子,也可以被称为光量子,因为一束光至少需要包含一个光子,否则光就不会存在了。
在量子理论的研究中,有一些听起来让人难以置信的神奇现象,但却都经历了严苛的证明,用以确认这些现象的真实性,量子纠缠现象就是其中最著名的一种。
当两个来自同一系统的量子被分开时,如果改变其中一个量子的状态,那么另一个量子也会同时转变为相同状态,无论它们之间相隔的距离有多远,这个改变都会同步发生,就好像这两颗量子间存在某种超越时间和空间的感应力。
这种神奇的特性,曾经让爱因斯坦都困惑不已,甚至将其称为“鬼魅般的超距作用”,就连光速不变原理,都在量子纠缠现象面前失去了效力。
要知道相对论可是现代物理学的重要理论之一,也是关于时空和引力解释的基本理论,创立该理论的正是阿尔伯特爱因斯坦本人,依据研究对象的不同,相对论又可以分为狭义相对论和广义相对论。
光速不变原理,就是狭义相对论中的基本原理,具体描述为真空中的光速对任何观察者来说都是相同的,无论在何种惯性系或是惯性参照系中观察,光在真空中的传播速度都是一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。
日常生活中有很简单的一个现象,就是坐在车里观察其他车的运动速度,如果两辆车的方向一致,运动速度也一样,那么对于两辆车里的人来说,对方都处于一种静止不动的状态,看起来就像是待在原地一样。
但是如果两辆车以同样的速度相向而行,那么在对方的眼中,另一辆车的速度就达到了原来速度的2倍,而不是以真正的速度在互相接近。
这也就是说,速度只是一个相对概念,会随着观察者所处的位置发生变化,但光速却是一个例外。
即使你坐在一束光上朝前飞驰,对面也射来一束光,这时你所观察到的对面那道光,其速度并不等于光速的2倍,而是依旧维持在光速常数,也就是约为30万公里每秒。
对于现代物理学而言,光速不变理论是一个非常重要的理论,解决了众多困扰物理学家们很长时间的问题,这个理论还形成了一个公式:e=mc?,也就是著名的质能方程。
能量(e)等于质量(m)乘以光速(c)的平方,正是这个公式的诞生,标志着人类迈入了全新的核能时代。
可以想象,这样一条几乎等同于真理的理论,都在量子纠缠面前失去了效用,对现代物理学造成的冲击有多么巨大,两颗纠缠态的量子之间,
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