大一统时空揭秘--量子及其纠缠、迭加等特性

 新闻资讯     |      2020-03-17 11:49

大一统时空揭秘--量子及其纠缠、迭加等特性



量子纠缠示意图




到底什么是量子呢?


说的简单一点儿,量子是指一个不可以再继续分割的基本单位。由此可知,分子、原子都不是量子,因为它们是可分的!


分子是由原子构成的,原子是由原子核和核外电子构成的,而原子核是由质子和中子构成的,质子和中子也可分,也不是量子。


如果一个物理量存在小到不能再分割的基本单位,我们就可以认为这个物理量是量子化的,并把这个物理量的最小单位称为量子。


1900年,普朗克在研究黑体辐射实验规律时首次提出了量子化假设:他认为带电粒子的能量只能是某一个最小能量值ε=6.62607004 × 10^-34 m2 Js的整数倍,而且带电微粒在吸收或者辐手机牛牛游戏下载射能量时,也是以这个最小的单位一份一份的吸收或者辐射的,这个能量的最小的单位就称为能量子!


根据这个假设推导出的普朗克公式。非常符合黑体辐射实验的光谱能量分布规律,成功地解决了科学家们在研究黑体辐射现象过程中遇到的难题。


而这个能量不连续的观念为科学家们打开了认识光的粒子性的大门,奠定了量子力学的基础,普朗克也因此获得了1918年诺贝尔物理学奖!


1905年,爱因斯坦在解释光电效应时提出了在吸收和发射光时,能量也是一份一份的,光本身也是由一个一个不可分割的能量子组成的,这些能量子叫做光子,光子的能量取决于其频率,这也就解释了为什么连微弱的紫光都能激发出电子,而强烈的红光反而不能激发出电子的原因,解释了光的粒子性,爱因斯坦也因此获得了1921年诺贝尔物理学奖!


大一统理论认为,基本粒子不论是27种36态、呈象为三爻27卦的对立子(不计自对立二重态,包括轻光子“盛”在内),或是缩并形成的12种16态、呈象为三爻12卦的矛盾子(不计自相矛盾的二重态,包括负电子“泉”在内),虽然可再分为对立或矛盾结构子携一个关系子,但它们作为构建宇宙万事万物的基本单位,是不可以再分的,因而基本粒子,包括光子在内的对立子,包括电子在内的矛盾子全部都被认为是量子!


参照普朗克常数,电子的量子数应该是-2/3,质子的量子数应该是2/3,氢原子的量子数零守恒,由此推知阴阳极子的量子数的绝对值为1/3。中介极子以及光量子的量子数零守恒。


量子具有哪些特性呢?


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量子的特性比较多,包括波粒二象性、量子纠缠、量子叠加等等,但不是说所有的基本粒子都具有上述特性。


先来说说波粒二象性,在大一统时空中,所有的基本粒子,不论是对立子及其缩并成的矛盾子,全部具有波粒二象性。


这是因为基本粒子都是对立或矛盾两方面的结构子携一个简单关系子构成的。对立或矛盾两方面的结构子具有颗粒性,关系子不论是决定子、反决定子,或是同象双胞胎决定反决定子和反决定决定子(依次称其为左旋、旋转轴向下和右旋、旋转轴向上的共振子),都是以波的形式传输的,被无数的光量子实验证实。爱因斯坦对此进行试验发现光不是通过直线传播的。光量子实验证明,光是以波状传输的,而观察光量子的时候,它又呈现为颗粒状。


而过双缝时,只有包括光子在内的九种“双胞胎”对立共振子,以及包括电子在内的四种“双胞胎”矛盾调和子才会出现共振干涉波纹,因为它们都携一个共振子,不论是左旋的或是右旋的,过双缝时都会暂时解除“叠加”,一分为二为决定子和反决定子,才能分别快速通过双缝,过后又合二为一,干涉条纹自然少不了。


再来说说量子纠缠,在大一统时空中,不是所有的基本粒子,不论是对立子及其缩并成的矛盾子,都具有量子纠缠性,只有包括光子在内的18个携左旋和右旋共振子的“双胞胎”对立子,及其缩并成的包括电子在内的8个携左旋和右旋共振子的“双胞胎”矛盾子成双成对处于纠缠态。


比如处于纠缠态的两个光子不论相距多远都存在一种关联,其中一个量子状态发生改变,另一个的状态会瞬时发生相应改变。如果能把制备好的两个纠缠光子分别发送到两个点,通过观察两个点的投影测量结果,就可以验证量子纠缠是否存在。

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这种“心灵感应”似的神秘关联,用于量子通信领域,对于监测信息传输的安全性极具意义,被誉为是未来通信的“机密武器”。


再如处于纠缠态的两个电子,一个电子的旋转轴向上,另一个电子的旋转轴向下。在实际测量之前,人们并不知道单个电子的旋转方向。当两个电子相距十分遥远时,比如几光年,如果现在测量一个电子的旋转,并发现它的旋转轴向上,那么人们就会立刻知道另一个电子的旋转轴向下,反之亦然。


事实上,真实情况确实是这样的,发现其中一个电子的旋转轴向上的事实就立刻得知另一个电子的旋转轴方向向下,这意味着人们可以在极短的时间内知道了几光年以外的处于纠缠态的另一个电子的情况。


从上面所说的可以看出,量子纠缠是客观存在的。当两个粒子处于量子纠缠态时,意味着我们只需要测量其中的一个粒子,就可以立即知道另一个粒子的状态,而无需对另一个粒子也进行测量。表面上看,好像存在一种瞬时传递信息的能力,而且这种瞬时传递不受光速的限制。


但事实上,在两个粒子之间,并没有发生相互之间的实实在在的信息传递,而仅仅是因为处在纠缠态中的“双胞胎”粒子,其对立或矛盾结构子相同,只是所携共振关系子,一个是左旋、旋转轴向下的,另一个是右旋、旋转轴向上的而已。


最后说到的是量子叠加,量子叠加指的是一个基本粒子的结构子,从其定义可知,不论是对立结构子或是矛盾结构子,都处在不同量子态的叠加态中,其中有一个最著名的思想实验“薛定谔的猫”,表述的是这只猫可以同时存在两种状态,即死又活的状态。


比如光子,属对立共振子,其对立结构子皆为中介子,可数字化为(0,0),携一个左旋或右旋共振子。中介子是对子、立子的叠加态,用矛盾语言表达为:即死又活,非死非活。可数字化为:(0,0)与(1,-1)和(1,-1)与(1,-1)重组。可组合出三值(-1,0,1)的所有叠加:(-1,-1),(-1,0),(-1,1),(0,0),(0,-1),(0,1),(1,1),(1,0),(1,-1)。


再如电子,属矛盾共振子,其矛盾结构子皆为中介子与对子的叠加,携一个左旋或右旋共振子。也可组合出三值(-1,0,1)的所有叠加:(-1,-1),(-1,0),(-1,1),(0,0),(0,-1),(0,1),(1,1),(1,0),(1,-1)。



参考资料:


1)齐甲斌著:《零守恒终极猜想--辩证逻辑学及统一时空理论》,新疆人民出版社,2002年版。


2)小小天看世界--量子纠缠客观存在,为什么能瞬间传递自旋信息,却不能传递能量?