这也太吓人了！科学家拍量子纠缠，竟拍到阴阳太极图？

发布者：章豆豆 2023-8-30 13:21

这是一张绝对震撼的图片，是不是像太极？但它却是量子纠缠波函数的图像，刚开始我以为是假的，可能有人假借科学之名，挟带封建迷信的私货。但我找到《自然》杂志新发表的这篇论文时，却真的惊呆了！这真的是加拿大科学家拍摄的两个光子量子纠缠的波函数图，而且和中国古代的阴阳太极图一模一样，这也太吓人了！难道张三丰才是量子力学的鼻祖？不过看到最后，我却哑然失笑了。

这张图片来自8月14日加拿大渥太华大学和意大利罗马大学研究人员发表在《自然·光子学》上的一篇论文，他们使用了一种先进的Tpx3Cam相机，可以捕捉到光子之间的干涉图像，在每个像素上记录到纳秒级别的事件。

实验中，研究人员将一束高能紫外激光作为光源，射入一种叫β-硼酸钡（BBO）的特殊非线性晶体，转换成低能的红色光子后，用分束器得到一对量子纠缠的光，然后用干涉仪来调整相位差，通过Tpx3Cam相机来记录它们的干涉图像，重建两个光子纠缠的波函数，结果得到了这幅令人震撼的惊人图像。

你是不是想到了什么？你肯定想到了什么，没错，道家一生二，二生三，三生万物，这一个光子分成两个，两个光子干涉形成波函数，也就是出现在某个位置的概率，结果形成了这种和太极图完全一样的图案，难道古人早就明了量子力学的原理了？或者阴阳太极竟蕴藏在量子力学之中？

这个说起来很复杂，太极是中国古代思想史上的重要概念，来自《周易》：易有太极，是生两仪。两仪生四象，四象生八卦。说宇宙原来是阴阳未分的混沌状态，也就是所谓的无极，之后形成最原始的秩序，也就是万物宇宙的本源，混天太极。无极图是一个圆圈，太极图也就是我们现在看到的阴阳鱼，是在北宋时期，也就是公元1000年左右出现的。

太极图是说宇宙的本源和秩序，宇宙是由阴阳二气、二元对立相互联结的统一体，中间的圆点表示阴中有阳，阳中有阴。太极生两仪，两仪生四象，四象生八卦，是指一个原始整体分裂形成阴和阳两个相反却又相互依存的部分，然后滋生万事万物，可以用我们现在认识的宇宙大爆炸来类比，宇宙从一个奇点分裂产生无数的星系、恒星和生命。

但你肯定不能说，中国古人就认识到了宇宙大爆炸，宇宙大爆炸基于爱因斯坦的相对论，是描述宇宙的起源和演化的宇宙学模型，是上世纪逐渐形成的一种理论，1949年才第一次出现了大爆炸一词。大爆炸得到了现今科学研究和观测最广泛、最精确的支持。

中国古人的无极、太极、阴阳二气，可以说是宇宙万物变化规律的朴素认知和理解，世界上各个古文明都有自己的认知，并且较为相似，甚至古希腊哲学家德谟克利特还提出了不可分的原子，包括印度和中国古代哲学家也提出了类似观点，比如惠子的“至小无内，谓之小一”，就被认为是说最小的物质是不可分的。

所以你看，阴阳太极，实际是古人对宇宙变化规律的朴素认知，和量子力学是扯不上关系的，那为什么科学家们最新得到的量子纠缠波函数图，竟然和阴阳太极图一般无二呢？

量子纠缠是微观世界的一种奇特现象，指两个或多个粒子之间形成了一种关联，即使它们相隔很远，也能彼此影响。比如你让两枚硬币建立了量子纠缠，那么不管把它们分开放到多远的地方，你把一个硬币翻个面，另外一个也会瞬间反面。当然，这只是一个不太恰当的简单比喻，量子纠缠的作用机制比这还要复杂得多。

爱因斯坦认为，量子纠缠违反了物理学的两个基本原理：因果律和局域性原理。因果律是指任何事件都有前因后果，而且前因必须在后果之前发生，局域性原理是指任何事件都只能被其附近的事件所影响，而且影响不能超过光速。

但量子纠缠却表现出了一种超距离作用，即对一个纠缠粒子进行测量会立即影响另一个纠缠粒子的状态，不管它们相距多远，哪怕分处宇宙两端，显然因果律和局域性在量子纠缠这儿不管用，所以爱因斯坦认为量子力学根本就是在扯淡。

不过后来爱因斯坦的这些观点都在实验面前败下阵来，量子纠缠并不违反因果律，因为它不涉及任何因果关系，而只是一种统计关联。量子纠缠也不违反局域性原理，因为它不传递任何信息或能量，而只是一种量子关联。量子纠缠只是违反了一个叫做贝尔不等式的数学条件，这个条件是基于经典物理学的假设，而量子力学是一种非经典的物理理论。这意味着量子力学彻底打败了爱因斯坦，为我们带来了无限遐想和可能的应用。

比如有人幻想用量子纠缠进行安全高效的信息传输，有人希望用它形成量子比特进行量子计算，甚至科幻电影中还可以通过量子隐形传态，来实现神奇的人体光束传送。这些有的能实现，有的可能根本不可能实现，但不管能不能实现，科学家们首先得搞懂量子纠缠究竟是怎么回事，然而到现在为止，量子纠缠仍然是一个谜，和各种怪异的量子现象一起，演绎出量子力学的多种诠释，而其中最著名的，就是哥本哈根诠释和多世界诠释。

像著名的薛定谔的猫，把一只猫装进一个箱子，里面有一个放射性原子和毒气，原子衰变，毒气就被放出，猫就被杀死，原子没衰变，毒气仍在瓶里，猫就还活着。问题是在我们打开箱子之前，猫是死的还是活的呢？

哥本哈根诠释说，猫是既活着又死了，处于死和活的叠加态，我们打开箱子的时候，波函数才会坍缩成一个确定的结果，让我们知道猫是死了还是活着。在这个解释中，波函数是一种数学工具，用来描述粒子可能存在的状态和概率，并不代表粒子真实存在的状态。当对粒子进行测量时，波函数就会坍缩成一个确定的结果，并且这个结果是随机和不可预测的。

而多世界的诠释则是，我们打开箱子的时候，世界分成了两个平行世界，一个世界里猫还活着，另一个世界里猫已经死了。在这个解释中，波函数是一种物理实体，代表粒子真实存在的状态。当对粒子进行测量时，波函数不会塌缩成一个确定的结果，而是分裂成多个分支，每个分支都代表一个可能的结果。这些分支都是真实存在的，只是彼此隔离，无法相互观察。每个分支都对应一个平行的世界，而我们所处的世界只是其中之一。

那么究竟哪种解释是对的呢？科学家们就需要对波函数，也就是粒子在时间和空间中某个位置，出现的可能性和概率进行测量分析了，这就是加拿大和意大利科学家正在做的事情。此前的传统方法是对光子进行量子断层扫描，通过多次投影测量，根据测量结果来推断出波函数。这种方法需要大量的测量次数，并且随着系统的复杂性迅速增加，非常耗时和不稳定，对两个纠缠光子进行高维量子态测量需要几个小时甚至几天。

而团队利用新技术，通过数字全息对干涉光子进行测量，相当于用全息照相机拍摄一个高维物体，可以同时看到物体在不同方向上的投影。通过对干涉图像进行数学处理，就可以重构出光子纠缠的波函数了，并且可以实时观测波函数随着时间和参数的变化。