21世紀十大科學謎團：量子糾纏的意義

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21世紀十大科學謎團：量子糾纏的意義
2015-01-30 10:16:26 觀察者網 [0條評論,查看/發表評論]

量子糾纏是指粒子在由兩個或兩個以上粒子組成系統中相互影響的現象，這種影響不受距離的限制，即使兩個粒子分隔在直徑達10萬光年的銀河系兩端，一個粒子的變化仍會瞬間影響另外一個粒子。

　　過去幾百年科學的發展很迅速。不過，時至今日，還有許多未解之謎，本世紀我們剩86年去解開他們。

　　10.生命是如何起源的？

　　這個問題看起來似乎並不難，卻總是解決不了。對於生命基本構成是如何在原始條件下產生，或者是如何從太空來到地球的，不斷有各種新發現冒出來。

　　9.暗物質到底是什麼？

　　80多年前天文學家就發現，太空中的引力遠比可見物質能產生的引力要多。探索產生額外引力的那種未知亞原子粒子是一項艱苦的工作。一些實驗中得到的線索總是在其他實驗中被推翻。

　　8.推動宇宙加速的暗能量本質是什麼？

　　加入你覺得暗物質太難研究了，那麼試試解釋暗能量吧。有一種物質在推動著宇宙以日益加快的速度膨脹。但暗能量的本質仍是個謎。

　　7.如何衡量證據？

　　這個問題太神秘了，以至於許多科學家都沒有意識到它的存在。舉個例子：你做了一個實驗，得到具有重要統計學意義的數據結果，然後重復實驗，結果一樣，那你就會認為這樣得到的證據比做一次實驗要強。但假如第二次實驗得出的數據意義稍弱一些，那麼兩次實驗的合並P值反而更弱了，盡管實驗證據原本應被認為是更強的。

　　6.基因、癌症和運氣

　　你最近可能聽到了這樣的說法，即大多數癌症患者都是運氣不佳，美國《科學》周刊發表的一份研究報告就是這樣說的。該研究引發了抗議之聲，有人認為這種說法會給公眾“傳遞錯誤的信息”。專家們對隨即突變（壞運氣）、遺傳（父母的原因）、生活方式（你自己的原因）和環境（別人的原因）等因素到底孰輕孰重也意見不一。把這些問題理出頭緒，同時解決有關癌症的其他謎團應是21世紀科學界最重要的任務之一。

　　5.空間還有多出來的維度嗎？

　　不管有多少維度，它們都是必要的。這個問題或許應該這樣問：空間到底有多少維度？許多物理學家認為，物理學要想正確地解釋宇宙，普通的三維肯定是不夠的。理解這個問題的關鍵是“卡-丘”空間——這是個能以無數不同的方式蜷縮的高緯空間，要想探查到其中有多少額外的維度存在是非常困難的。要想知道這其中無數可能性中哪種是我們與所生存的宇宙相對應，那就難上加難了。

　　4.時間的本質

　　這麼多謎團，解決它們的時間又很緊迫，除非我們了解了的時間的本質，也許就能找到些利用時間的捷徑。時間持續和逝去的本質是什麼——是虛幻的還是以某種難以琢磨的方式“真實”存在？時間的方向是什麼——總是向前走嗎？為什麼？時間旅行可能嗎？信息能向過去傳遞嗎？也許最大的謎團就是，這些有關時間的問題是相互聯系的還是各自獨立的？

　　3.量子引力

　　量子物理學和廣義相對論似乎都准確地描述了宇宙及其組成，但這兩者看起來卻互不相容。要把它們合並成統一的理論就像在美國國會達成妥協那麼難。不過還是有線索的。1930年，愛因斯坦試圖駁倒量子力學（主要是海森堡不確定性原理），他提出，在秤上掛一個盒子，在盒子上綁一個時鍾，這樣就既能測量光子的質量，又能測量逃逸出盒子的確切時間（根據海森堡原理，兩者是不能同時測量的）。不過丹麥科學家尼爾斯·玻爾指出，時鍾上的時間是不確定的，因為隨著盒子在引力場中向上移動，愛因斯坦的相對論就會需要時間的變化，那樣所帶來的不確定性就與海森堡時間測定中的一樣。

　　2.其他地方存在智慧生命嗎？

　　似乎很有可能，因為外星球的數量太多了。但要找到外星時間肯定需要接收到確切的消息。搜尋外星文明研究所等機構就在尋找這類信息，但迄今還未成功。有兩種可能的解釋：第一，根本沒有這樣的信息。第二，有信息，但沒人知道怎麼探測或破譯。

　　1.量子糾纏的意義

　　所有關於量子的謎團都沒有令人滿意的解答，不過假如量子糾纏問題得到解決，其他問題都會迎刃而解。糾纏發生在有著共同歷史卻又相互分離的部分組成的系統中；測量其中一個部分就會揭示出測量其“遠親”時的結果。糾纏是一種自然現象，也在實驗中得到了很好的證實。它表明，時間和空間不會像束縛人類活動那樣束縛量子現象。有關量子糾纏的最新需要解開的問題包括黑洞，黑洞看起來可以出現糾纏，這顯然跟它們通過蟲洞相連接差不多。相關研究顯示，空間、時間和引力都是一個巨大的量子糾纏網絡的組成部分。