在我們習以為常的現實世界之下
是另一個令人驚嘆的世界
在這裏我們對於宇宙大部分的理解 都是錯誤的
物理學家兼暢銷書作者布萊恩·格林將帶你
開始一段顛覆常識的旅程
為什麼我們從來沒有逆向地見證事件的發生？
根據物理定律 那很有可能發生
這個世界將隨著
我們對宇宙的探索而變得真相大白
從黑洞到宇宙大爆炸
再到事物最本質的核心
來杯他喝的
我們的宇宙可能只是眾多平行宇宙之一
現實的三維世界可能只是種幻覺
過去 現在和未來
其實並無界限
格林:但是為什麼會這樣呢？
對於我們熟悉的事物 我們為何錯的如此離譜？
這讓我們很煩惱吧？
絕對地
自然法則無規律可循
理論物理學家必須要高興
這是一個創新性的觀點
它開啟了一個具有無限可能的新世界
讓我們開始吧...
微觀原子及粒子領域: 量子領域
普通法則似乎在這裏並不適用
事物都下意識地不喜歡被束縛
在固定的位置
它們對於宇宙萬物都至關重要
量子力學與與之有關
的任何實驗都不衝突
它們揭示了什麼現實本質？
新星系列節目
"宇宙的結構"之"量子躍遷"
新星的主要基金來源於:
和...
和公共廣播公司
以及您對PBS電台的贊助
"宇宙的構造"主要基金來源
由國家科學基金會提供
和...
支持原創性研究和公眾對
科學 技術 工程和數學的理解
額外的基金支持來自
以及喬治·D·史密斯基金
格林: 幾千年來
我們一直試圖解開
宇宙運行的奧秘
並且已經做得足夠好 總結出了一套法則
可以清楚而明確地描述出
星系 恆星和行星的運動
但是要知道 在某一基準上
事物要模糊得多
因為我們已經發現一套革命性的新法則
將完全地改變我們對於宇宙的認知
從外太空到紐約市中心
再到微觀領域
我們看世界的角度已經發生了改變
由於有這些陌生而神秘的理論
重新定義了我們對現實世界的認知
它就是量子力學理論
量子力學理論支配著每塊物質上的
每個原子和粒子
它存在於恆星和行星
石頭和建築
和你和我
日常生活中我們察覺不到
量子力學的存在
但它總是存在，只要你善於發現
你需要改變你的視角
並著眼於最微小的尺度
要從原子以及原子內部的分子那樣小的尺度著眼
量子理論統治的這個量子級的微觀世界
似乎與宏觀世界的規律
完全不同
一旦你對此稍有瞭解
你將懂得用不同的眼光看世界
難以想像微觀世界
究竟有多神秘
但要是你有機會來到一個
量子理論佔主導位置
且人和物體也如原子般運動的地方會怎樣呢？
你將如同置身於一場表演中
物體會做出看似瘋狂的事
我是說 在量子領域
事物都下意識地不喜歡被束縛
在固定位置
或者沿著固定的軌道運動
粒子就好像能在同一時刻出現在不同地方
我在此處所做的可以對彼處產生立竿見影的效果
即使那兒沒有任何人
還有最不可思議的事:
如果人能像粒子一樣運動
那麼多數情況下
你將無法分辨出他們在哪
實際上 他們可能在任何地方
直到你找去找它們
嘿
給我來份他所點的
那麼 為什麼我們相信這些怪異的理論？
超過75年以來
我們一直在利用它們預測
原子和粒子的運動
無數實驗證明
量子理論是正確的
這是我們最出色的理論
有數以億計的事實
證明量子力學的存在
它也經受了許多怪異推論的考驗
量子力學和與之相關的
任何實驗都不衝突
當我們著手研究像原子大小的小尺度物體時
量子理論就會大有用處
請想想:
我是由原子組成的
你也是
我們所能見到的所有物體都是原子組成的
所以這些怪異的量子理論
不僅牽扯到微觀物體
還牽扯到現實世界
那麼我們是怎樣發現這些
似乎與人們所瞭解的宇宙相悖
的怪異理論呢？
不久之前 我們以為已經瞭解得足夠多
諸如行星如何繞太陽運行
球體如何在空中走弧線
水波如何在池塘表面傳播
這些理論所演化出的一系列方程式
稱為經典力學
它使我們能夠準確地預測出
物體的運動軌跡
這些理論似乎屢試不爽
直到大約一百年以前
科學家們努力想解釋出
光的一些不尋常的性質
特別是氣體在管中受熱
發出的光芒
當科學家們透過三棱鏡觀察時
看見了從未料到過的現象
彼得·艾裏森: 如果你透過三棱鏡觀察加熱中的氣體
會發現其匯聚成線條
不僅能看見從玻璃透射出
的連續光譜
還能發現它們成條分佈
大衛·凱撒:它不會發出一片
彩虹般混合的光
而是發出某種鉛筆一樣的束狀光
其顏色非常明確
艾裏森: 真的很神奇
如果你搞清楚到底發生了什麼
格林: 一夥激進的科學家
對此有個解釋
他們在20世紀初
專注於研究
物理界的本質問題
更加令人吃驚的見解
來自於尼爾斯·玻爾
一個喜歡以乒乓球為例討論新思路的科學家
波爾相信解決問題的辦法
在於物質的核心 即原子內部結構
他認為原子就像微小的太陽能系統
有著更小的"行星"——電子
繞著原子核運行
如同行星繞著太陽一般
但與太陽系統不同的是
電子不能隨意運行
只能在某個規定軌道內
艾裏森: 波爾還有令人吃驚的
完全反物理的思維方式
他認為存在明確的區域
電子能在其間繞固定軌道運行
並且只能是那些軌道
格林: 波爾認為原子受熱時
電子會加速運動
並躍遷到另一軌道
每次躍遷都伴隨著能量
以固定波長的光釋放出
這就是原子能發出特定波長的光的原因
"量子躍遷"即從此而來
吉姆·蓋茨: 如果沒有量子躍遷
原子受到激發或者衰減時
發出的光色將是模糊一片
但這與在實驗中室的發現不吻合
你能看見顏色分明的紅色和綠色
量子躍遷就是
這些不同光線產生的原因
格林: 量子躍遷令人感到奇妙的是
電子直接從這兒到那兒
中間似乎沒有穿過任何空間
就像火星突然躍出軌道
跳進木星軌道一樣
波爾強調量子躍遷來自於
原子中不穩定的電子
其能量以不可細化
且一份份的形式出現
這些最小單位被稱為"量子"
這就是為什麼只存在明確而離散的
電子軌道
凱撒: 電子某時刻的位置唯一
不可能在其他地方
這與人們日常生活中的經歷很不相同
想想你平時
吃東西時 你認為食物是量化的嗎？
你想過每次必須
只吃定量的一小口嗎？
食物不是量子化的
但電子的能量是量化的
這很神奇，為什麼呢？
格林: 儘管對原子來說
這種運動可能很神奇
但總有證據證明波爾是對的
越來越多的實驗顯示
電子也會遵循另一套理論
而不是波爾的乒乓球理論
但波爾的發現是具有革命性的
基於這個理論 波爾和同事們覺得
他們正在和
經典物理做對抗
量子躍遷只是個開始
不久後，波爾激進的觀點和當時
另一位偉大的物理學家來了個思想上的肉搏戰
愛因斯坦很歡迎新觀點的產生
但在19世紀20年代，量子領域
開始偏離愛因斯坦研究的方向
一個完全與
權威的經典物理
相悖的方向
泰格馬克: 如果你在當時問愛因斯坦或者其他物理學家
是什麼將物理
和胡亂的猜測區分開？
他們會說
物理能讓我們做出肯定的預測
量子力學
似乎揭露了這些預測的真相
格林: 特別地還有一個
眾所周知的雙縫實驗
從不同角度暴露出量子的奧秘
如果你總想對現實事件
找到一個確定的解釋 那麼你會失望的
雙縫實驗效果令人感覺還不錯
我們對現實的看法會極大程度的改變
通過一個類似的實驗
基於尋常尺寸物體
而不是基於微觀粒子的實驗
比如在保齡球館中可見的保齡球
但首先要對
保齡球球道做些調整
你會認為如果我將
這些保齡球扔向球道
它們有的會被障礙所阻
有的穿過縫隙
然後撞到後面的屏幕
事實上 也正是如此
那些穿過去的小球經常直接撞擊到
在裂縫後面左側或右側的屏幕
雙縫實驗與之類似
不同於保齡球的是
我們是用比保齡球小十億倍的電子
你可以如此描繪它們
讓我們看看如果我拋出一串這樣的小球將會發生什麼
當電子被拋向兩個裂縫時
在另一側發生了不同尋常的事
電子沒有落到兩片區域
而是落到包括縫隙之間的
整塊屏幕上
形成了條紋
而我們認定的區域卻沒有任何電子落入
這到底是為什麼？
對於物理學家 甚至在20世紀20年代
他們也只能用一種可能來解釋這種現象:
波動說
波可以做一切
保齡球所不能做的
它可以分裂
也可以組合
如果我在水面上製造一道波紋 使之穿過裂縫
它會分裂成兩道
然後兩道波紋會相互交融
它們的波峰和波谷會彼此結合
某些部位變得更大某些部位變得更小
有時 它們會互相抵消
水波的高度
在屏幕上轉換為亮度
波峰和波谷會製造一系列的斑紋
這也就是所謂的干涉條紋
那麼電子這種微小的粒子怎麼
形成這種條紋的呢？
一個單個的電子怎麼會到達波才能到達的地方呢？
粒子是粒子
波是波
一個粒子怎麼會成為一種波？
除非你不認為它是一個粒子
讓我們想想 "啊哈！"
正如我想的那樣 一個粒子實際上就是一種波
水波出現在海洋中 它並不是一個粒子
而海洋是由粒子組成的
但是海洋中的波不是粒子
並且礁石也不是波 它只是石頭
石頭是粒子的一個特例
水波是波的一個特例
現在有人會告訴我 石頭和水波一樣
什麼？
回到20世紀二十年代
當這種實驗第一次完成
科學家們努力想瞭解這種波動性質
人們想知道一個運動中的電子是否
可能展開成為一種波
物理學家埃爾溫·薛定諤
提出了一個看似能描述它的方程
史蒂文·溫伯格: 薛定諤認為波
是對拓展的電子的描述
電子因為某種原因變得模糊了
它不再是一個點 而像是一段波
這裏存在很多爭論
關於準確表達它代表的含義
格林: 最終 物理學家馬克斯·波爾
提出一種新的並且是革命性的理論
來描述波動方程
波爾認為 波不是一種模糊的電子
或者其它的科學界已經發現的事物
他宣佈 這是
一種非常特殊的波——概率波
波爾證明 在任何位置波的強弱
可以預測這個位置出現電子的可能性
溫伯格: 波比較強的地方
就是電子分佈比較多的地方
也就是說電子出現幾率比較大的地方
這非常奇怪 真的嗎？
電子本身好像成為了一大堆可能性
彼得·費捨爾: 你不准提問
電子現在在呢？
你可以問 如果我尋找電子
在一個很小的特別空間內
我找到它的可能性有多大
我的意思是 這種問題存在於任何地方任何時候
就像聽起來那麼不可思議
描述如電子般的粒子如何運動的新方法
實際上是正確的
當我拋出一個單獨的電子
我不可能預測到它將在什麼地方落地
但是如果我用薛定諤方程
來尋找這個電子的概率波
我可以十分準確的預測
如果我拋灑足夠的電子
然後我可以說33.1%將會落在"這裏"
7.9%將會落在"那裏" 等等
這些預測
被實驗一次次驗證
所以 量子力學的方程
原來是令人驚訝的精確和精準的
只要你能接受 這些都是關於可能性的
如果你認為可能性意味著
你可以簡化成猜測
拉斯維加斯的賭場已經準備好證明你是錯的
嘗試任何一個機會遊戲
你就會發現概率的力量
比如說我在29號下注20美元
在賭盤上
誰也不知道在這轉盤上我是不是能贏
或者下一局 或者再下一局
一個
但是它知道我贏的概率
在這一局裏 它落在38號
21號
叮叮
女士: 29號
所以即使我偶爾贏了 在長時間裏
這個賭場仍然會賺很多錢 比它失去的要多很多
關鍵在於 賭場不必要知道
單個的紙牌 色子
還有轉輪的結果
賭場仍然有信心 經過
幾千局的賭博遊戲 賭局將會贏
並且他們可以準確的預測
根據精確的週期
根據量子力學理論
世界本身就是一個像一個概率遊戲
宇宙中所有事物
都由原子和亞原子粒子構成
他們被概率性和不確定性約束著
愛德華·法函: 本質上 自然符合
一種固有的概率理論
並且它是嚴重違反直覺的
很多人會難以接受
格林: 其中一個就是愛因斯坦
愛因斯坦不相信基本的現實世界
在深層次是由概率決定的
這就是愛因斯坦不認同的地方
愛因斯坦說 上帝不擲色子
他不喜歡不確定的說法
在這裏發生或在那裏發生
格林: 但是其他的很多物理學家
不那麼排斥概率說
因為量子力學的方程
給了他們力量來預測
原子群和微小粒子系統
並且令人震驚的準確
不久之後 這種力量促使了
很多重要的發明的出現
激光 晶體管 集成電路
電子工業的全部領域
馬克思·泰格馬克: 如果量子力學突然失效
每一個我們從美國引進的機器
都會停止工作
格林: 量子力學方程
可以幫助工程師們設計微型開關
來控制微小的電流
實際上 並且控制現在每一個人的電腦
數碼相機和電話
亞當斯: 所有我們現在使用的設備如二極管，晶體管
組成了信息技術的基礎
在我們的日常生活中 他們在以各種方式工作著
那麼它們為什麼能夠這樣工作
這是因為量子力學
溫伯格: 我敢說 如果沒有量子力學
我們將會回到黑暗時代 更準確的說
如果沒有量子力學 我們將會回到19世紀
蒸汽機 電報
泰格馬克: 量子力學是最成功的理論
在物理學家所發現的領域中
然而 我們仍然在爭論
它究竟意味著什麼
對於現實世界，它又說明了什麼
格林: 儘管它有很多成功之處
量子力學仍然十分神秘
它維持著所有事物的運行 但是我們仍然不能解釋
20世紀二三十年代
愛因斯坦提出的基本問題
問題涉及到可能性和測量
以及觀察的藝術
尼爾斯·波爾認為測量將改變一切
他認為 在你準備測量和觀察一個粒子之前
它的特徵是不確定的
比如 一個電子在雙縫實驗中
在後面測量儀器確定它的準確位置之前
它可能在任何位置
有著一系列的可能性
直到也只能是在你觀察的那一瞬間
才會找到它的方位
根據波爾對量子力學的闡述
當你去測量一個粒子
測量活動會使它消失在
它本應該在的地方
然後出現在你找到它的地方
正是測量活動使粒子
做出那樣的選擇
尼爾斯·波爾認為現實的本質
是充滿不確定性的
但是愛因斯坦不這麼認為
他相信事物是永恆不變的
無論是測量
還是觀察事物
正如愛因斯坦所說: "就算我不去
看月亮 它也還是在那"
那也正是愛因斯坦所擔心的
我們真的認為這個宇宙的真實性是取決於
我們是否睜開雙眼？
那就太奇怪了
格林: 愛因斯坦確信量子理論並不完整
它缺少了一些內容
而這些內容可以讓我們在不用觀察的情況下描述
粒子未來的特性 例如它們的位置
但是同時 很少有物理學家認同他的觀點
凱撒: 愛因斯坦只是認為它顛覆了
已有的科學理論
這項理論自身並沒有錯 只是不完整而已
那是愛因斯坦在克制
量子理論並不是不對 只是就其
目前的內容來說 它是不完整的
它沒有涵蓋可以預測事物
確定性的所有內容
格林: 面對愛因斯坦的質疑 尼爾斯·波爾無動於衷
當愛因斯坦再三強調"上帝不擲骰子"時
波爾回應道"不要和我談論上帝會做什麼"
但是在1935年 愛因斯坦認為他終於
發現了量子理論的致命弱點
它如此奇怪
如此與傳統的世界觀相悖
他認為它可以作為
證明量子理論不完整的證據
那就是所謂的"糾纏理論"
盧因: 量子理論做出的最奇怪
最荒謬 最瘋狂 最可笑的預言
就是糾纏理論
格林: 糾纏理論是根據量子理論方程
做出的理論性的推測
如果兩個粒子的特性類似且距離夠近
它們就會發生糾纏
同時 量子力學表示
就算你將兩個粒子分開
將他們送往相反的方向
它們仍然保持著糾纏 緊密相連
為了瞭解這有多麼的不可思議
讓我們來看看電子的旋轉特性吧
不同與旋轉的陀螺 電子的旋轉
就像粒子的其它特性一樣
是完全模糊與未知的
直到你去測量
你才會發現
它要麼是順時針 要麼是逆時針
有點像這車輪
當它停止旋轉
它會隨機停在紅色或藍色區域
現在 讓我假設有另外一個輪子
如果這兩個輪子像兩個糾纏的電子
任何時候其中一個停在紅色區域
另一個就會停在藍色區域
反之亦然
如果兩個輪子沒有相連
糾纏的結論就值得懷疑
但是提出量子力學的尼爾斯·波爾
和他的同事們更近一步地
預測如果其中一個遠在天邊
甚至是在月球上 沒有電線和信號器連接彼此
如果你發現其中一個是紅色的
那麼另外一個必然是藍色的
換句話說 如果你在這測量一個粒子
你的測量行為不僅僅影響了它
同樣會影響到它所糾纏的粒子
無論兩者之間有多遠
對於愛因斯坦來說 這種兩輛旋轉車輪或是粒子之間的
不可思議的聯繫 對於愛因斯坦來說 是如此的可笑
他將之稱為幽靈: "幽靈般的超遠距離作用"
令人吃驚的是當你對其中一個粒子測量時
你也對另一個產生了影響
你改變了它的狀態
兩者之間沒有力 皮帶輪 當然也沒有電話線
它們之間什麼也沒有
那麼為什麼我在這邊的動作會
引起那邊的變化呢？
它們之間沒有任何聯繫
所以 這完全是荒謬的
格林: 愛因斯坦不能接受這種糾纏理論
他認為單憑數學計算得出的結果是不可信的
他承認糾纏的粒子可以存在
但是他認為可以用一種更簡單的解釋
來說明這種聯繫 而不是
通過什麼神秘的遠程連接
相反 他認為糾纏粒子
更像是一對手套
試想有人分開兩隻手套
分別放進箱子裏
然後他把其中一隻箱子給我
然後把另一隻箱子
送到南極
謝謝
在我打開箱子之前 我知道
裏面不是一隻左手的就是一隻右手的
然後當我打開箱子 發現裏面是一隻左手手套
同時 我知道在南極的那個箱子裏
放的一定是右手手套
儘管沒有人看過裏面
這一點也不神秘
很明顯 看其中一隻箱子裏裝的是什麼
並不會影響到另一隻手套
這個箱子裏放的是左手的手套
那麼放在南極的那個
一定是右手的手套
這在分開那對手套並分放到箱子裏的時候
就決定好的
現在 愛因斯坦恰恰用同樣的方式
來看待糾纏粒子
無論電子處在什麼情況下
它們的狀態在它們飛散的時候
就已經決定好了
那麼 究竟誰是對的？
波爾 擁護著從量子方程式中得出的結論:
粒子就像旋轉的輪子
無論相隔多遠
都可以迅速地傳遞彼此的狀態
而對於愛因斯坦來說 不存在幽靈般的連接
相反 一切在你看之前
就已經決定好了
那麼 指出誰是正確的面臨著巨大的挑戰
是波爾還是愛因斯坦 愛因斯坦會說
一個粒子 在你測量之前就有一個確切的旋轉狀態
你可能會問 "你怎麼知道的？"
他會回答 "去測測它"
然後你會發現一個確定的轉速
波爾會說 "但正是這測量的行為
確定了狀態"
沒人知道如何解決這個問題
因此這個問題被歸為哲學問題
而不是科學問題
直到1955年愛因斯坦去世 他還是認為量子力學
沒有完整地解釋世界的真相
1967年 在哥倫比亞大學
愛因斯坦對量子力學的挑戰的任務
被一名新生完成
約翰·克勞斯即將獲得天體物理學的博士學位
他面前唯一的阻礙
就是他的量子力學的成績
約翰·克勞斯: 當我還是一名研究生的時候 竭盡我所能
還是不能理解量子力學
格林: 當克勞斯探尋愛因斯坦是否是正確的時候
他發現了一份改變一生的文獻
那是一份發黃老舊的文獻
作者是一個鮮為人知的愛爾蘭物理學家約翰·貝爾
令人吃驚的是 貝爾似乎發現了一種
打破愛因斯坦和波爾之間僵局的方法
並且一勞永逸地指出了
誰對宇宙的理解是正確的
克勞斯: 我確信量子力學的觀點
或許是錯誤的
格林: 讀著這份文獻
克勞斯發現貝爾已經找到
如何辨別糾纏粒子
是像旋轉的輪子
那樣通過幽靈般的聯繫彼此作用
還是根本沒有什麼聯繫
像那對手套一樣
粒子的狀態已經事先確定
更進一步的是 通過一些巧妙的數學計算
貝爾證明如果幽靈聯繫不起作用
量子力學就不僅僅是不完整的了
正如愛因斯坦所認為的:
它是錯的
我心中只有這一個念頭 "天啊
這是我所見到最意義深遠的結論了"
格林: 貝爾是一個理論家
但是他的論文展示出如果可以製造一個
可以創造和比對糾纏粒子的機器
那麼 這個問題就可以解決了
貝爾將這個問題轉變為了一個實驗問題
它不再是哲學問題
或是理論問題
並且他所設想的實驗是可以完成的
你可以做這樣一個實驗
來解決問題
格林: 克勞斯開始製造這個
可以解決爭論的機器
那時的我只是一個年輕的研究生
你們聽上去可能會說"哇"
只要善於把握機會
你總會做出震驚世界的成果
格林: 克勞斯的機器可以測量
數千對的糾纏粒子
並且從不同的角度比對它們的旋轉
剛開始的成果
令克勞斯吃驚 並且很不高興
我不停地問自己 "我哪裏做錯了？
出什麼問題了？"
格林: 克勞斯不停地重複著它的實驗 不久
法國物理學家阿蘭·阿斯派克特
開始做類似的實驗
阿斯派克特得到了相同的結論
格林: 克勞斯和阿斯派克特的實驗結果令人吃驚
儘管它違背我們的直覺
他們證明出了量子力學的正確性
糾纏作用是真實存在的
量子跨越空間彼此相連
測量一件事物 事實上
會在瞬間影響到它遙遠的夥伴
彷彿它們之間不存在任何距離
愛因斯坦認為不可能存在的
超遠距離幽靈般的作用是真實發生的
我再次感到低落
因為我沒有推翻量子力學
而從這天起
我還是不能理解它
那正是量子力學中最神奇的事
它根本無法理解
不要問我為什麼
不要問我你該怎麼做 或是它的原理
因為這是一個無解的問題
我們只能說
這是世界運行的規律
格林: 那麼 如果我們承認
世界是以這種神奇的方式運行的話
我們是否可以利用
這種糾纏理論中的遠距離作用
來做些有用的事呢？
其中的一個夢想就是
將人或事物
從一處傳送到另一處
無需考慮其間的距離
換句話說 就是瞬間傳送
"傳送"
"充能"
"正在充能"
格林: 星際迷航裏經常出現的瞬間傳送
看上去十分快捷方便
它看上去就像是一部科幻小說
但是糾纏理論能否將之變為現實呢？
值得關注的是 在南非沿海的金絲雀群島上
正在進行著這種實驗
安東·佐林格: 我們在這座島上做實驗
是因為這裏有兩座天文台
而且 這裏的環境非常好
格林: 安東·佐林格距離將自己
或是其他人瞬間傳送還差得很遠
但是他正在嘗試利用量子糾纏作用
傳送單個微小粒子
而這個微小粒子就是光子
在拉 帕爾馬島上的一個實驗室裏
他先是製造出一對糾纏的光子
其中一個光子留在拉 帕爾馬島上
而另一個被激光送到
89英里之外的特納利夫島
現在 佐林格製造了第三個光子
也是他想傳送的粒子
他讓其與在拉 帕爾馬島的糾纏粒子發生反應
研究小組觀測反應過程
同時比對兩個粒子的能態
令人吃驚的是:
由於幽靈般的作用
佐林格可以通過這種比對
使在遠方島上的光子
轉變成新的光子 與第三個一模一樣
這就好像第三個光子瞬間傳送過海
而無視了其間的距離
我們提取
事物所攜帶的信息
然後在另一處製造一個新的一樣的事物
格林: 通過這種技術
佐林格成功地傳送了許多粒子
但是這項技術可以獲得進一步的發展嗎？
既然我們人類也是由粒子構成
那麼未來也可以如此傳送我們自己嗎？
服務員: 歡迎來到紐約
如果我想去巴黎吃一頓午餐
嗯 理論上
未來的某天會成為現實
我只需要在紐約放置一個裝滿粒子的容器
並且與放在巴黎的同樣容器發生糾纏
這邊請 格林先生
格林: 我走進的這個隔艙
有點像掃瞄儀和傳真機
這些裝置會掃瞄我身體裏大量的粒子
那數量比
宇宙中可觀察到的星星還有要多
同時 另一個容器也會進行掃瞄
並生成一份
兩處粒子之間量子特性的比對結果
糾纏理論是這樣產生作用的:
利用遠距離的幽靈作用
這份結果也表明了這裏的粒子是如何
與在巴黎的粒子產生關聯的
接著 操作員會把這份結果發往巴黎
在那 他們利用這份數據
來重建我的每一個粒子的
量子狀態
然後形成了一個新的我
這不是將構成我的粒子從紐約送到巴黎
而是通過糾纏理論
提取身處紐約的我的量子狀態信息 並在巴黎重新生成
直至最後一個粒子
你好 格林先生
嗨 你好
現在在巴黎的是我的複製體
我這麼說是因為在紐約
為測量我所有粒子的量子特性 已經將原來的我摧毀了
法函: 在量子傳輸協議中必須說明
事物在傳輸途中
已被摧毀
並且這可能會令人有些擔憂
我想你只會變成一堆
中子 質子和電子
你看上去不會很好看
現在 距離人類的瞬間傳輸還有很長一段路要走
但是其可能性也引起了一個問題:
那個到達巴黎的布萊恩·格林到底是不是我
嗯 或許在紐約的曾經的我
和在巴黎的新的我沒有任何區別
原因是根據量子力學
"我"的定義不是指由粒子構成的實體
而是這些粒子中所包含的信息
而那些傳輸的數以萬億計的粒子中
所包含的準確信息
構造了我的身體
佐林格: 這是一個很深奧的哲學問題
到達接收站的
到底是不是其本身
我所關心的正是他的起始
我是指一直保有原來特性的東西
服務員: 歡迎來到紐約
佐林格: 如果情況是這樣的 那麼那就是其本身
我不會進入那機器的
無論傳送人類
是否會獲得成功
這項不成熟的量子力學技術
還會有其他潛在的價值
在麻省理工大學 賽斯·勞埃德是眾多
試圖通過新方法利用量子力學的研究員之一
勞埃德: 量子力學很奇怪
那也正是它的特點
你知道的 生活總是給於我們困難
那我們能不能從中有所收穫呢？
格林: 勞埃德的收穫是一台量子計算機
勞埃德: 這是量子計算機的內部構造
格林: 這些金色的 黃銅製成的精密部分
可能與你所見的手提電腦完全不同
但是它的核心 仍然使用二進制代碼
二進制代碼是一種由0和1也就是所謂的比特構成的計算機語言
勞埃德: 信息集中最小的單位是比特
而電腦只是簡單地把信息破解成
最小的組合
然後非常非常快速地將它們變換
格林: 這台量子計算機也是使用比特
但是不同於傳統的比特
而是可以在任何時候轉換成0或1
量子比特更加地靈活
你看 假如這裏有些東西就是比特
這是0 那是1
這就是一些信息
如果你同時有這和那的東西
那麼 你就擁有了量子比特 或者說是量子位
格林: 電子混合在一起
不停地順時針或逆時針旋轉
如同電子一樣 量子比特也混合在一起
一會表示0一會表示1 因此量子位可以同時完成多項任務
勞埃德: 這意味著你可以完成
以前我們所不能想像的
計算任務
格林: 理論上 通過量子方法
我們可以用任何東西製造量子比特 比如電子或原子
量子位處於計算機的核心部位
它是由量子技術
製造的超級傳導回路
可以同時向兩個方向運行
由於量子比特具有如此優秀的多任務工作的特點
如果我們能夠找到
使它們集合起來結解決問題的方法
那麼我們計算機的能力會得到成倍的增長
為了能夠理解為什麼量子計算機可以具有如此強大的能力
設想我們被困在樹籬迷宮中
我們要做的是盡可能找到出去的路
但問題是 岔路太多了
我不得不嘗試每一條路
這意味著我將會走不少的死路
許多的死胡同
轉錯大量的彎道
最後才會幸運地找到出口
這與今天的計算機解決問題的方式
十分類似
儘管它們處理地很快
但是他們一次只能處理一個任務
就好像我在迷宮裏一次只能探一條路
但是如果我能在同一時間探索所有的路
那麼結局就大不一樣了
而這就是量子計算機的工作方式
既然粒子可以同時身處不同位置
那麼電腦也就可以
同時處理大量任務
並且馬上得出正確結果
現在 像這樣的迷宮
需要探測的路是有限的
所以 傳統的電腦
可以迅速地找到出口
但是設想有這樣一個問題
它擁有著數百萬億的變量
比如預測天氣
我們或許可以預測自然災害
像地震或龍捲風
但是預測天氣幾乎是不可能的
因為那需要一個無比巨大的計算機
但是一台幾百單個原子構成的量子計算機
可以解決它
並且計算機的核心...
比一粒沙子還小
毫無疑問 在充分利用量子能力方面
我們會越做越好
並且沒人知道那會帶給我們什麼
但是我們不要忘記在這項理論帶給我們好處的同時
它還是有著巨大的漏洞
所有發生在原子級
粒子級量子世界中的不可思議的事
這些不可思議之事將如何發展？
為什麼量子世界中的事物
一直處於不確定的狀態
一會在這 一會在那
充滿著可能性 然而你和我--
或者說任何人 都是由原子和粒子構成的
卻一直處於一個確定的狀態
我們總是在這或那
尼爾斯·波爾沒有明確解釋
為什麼在量子世界裏發生的怪事
到了宏觀世界就消失了
由於量子力學被證明了
其有力並準確的特點
科學家一直在努力解決這項問題
有些人認為在量子力學等式中
缺失了一些細節
因此 儘管在微觀世界中存在著多種可能性
但是在從微觀到宏觀的過程中
缺失的細節會做出調整
使之變的清晰明瞭
所有的可能性也只會剩下一種
事物也就表現出唯一的確定性
其他的物理學家認為所有的可能性
一直存在於量子世界中 它們從未消失
相反 每一種可能性都真實發生了
只是它們中的大部分
發生在我們的平行世界裏
這是一個很玄奇的想法
但是現實可以超越我們眼中的世界
並且不斷地擴散
創造出嶄新的世界
在那裏 每個可能都成為現實
這是量子力學的最前沿理論
沒人知道它將如何發展
現實世界的真相比我們所想的更加宏偉
它有著更多的不可思議和神秘
對我來說美麗且令人敬畏
科學的動人之處在於它讓你瞭解
你做夢都不會想到的事
量子力學就是其中之一
在你認識量子力學之後
你對世界的看法將發生巨大變化
格林: 儘管量子力學很奇特
但是現在我們清楚的一點是
在微觀和宏觀世界之間不存在界限
相反 這些規則適應一切
只是在微觀世界中
它們怪異的特點才會表現出來
可以說量子力學的發現
揭示了我們的現實 真正的現實
聽上去有點驚心動魄
但它使我們對宇宙的構造
有了更加深刻的瞭解
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