五步解说小行星举足轻重的未来
2013年2月,就在小行星367943 Duende与地球擦肩而过的同一天,俄罗斯一台行车记录仪意外拍到另一颗小行星闯入大气层并发生爆炸,导致1000多人受伤。这场发生在车里雅宾斯克的事故再次提醒世界,地球并不栖身于一个隔离区,不时有小行星造访,甚至会造成人员伤亡。
量子纠缠很差别却也难以明白,不外也有方式可以让它很容易被明白。 加拿大多伦多大学的艾玛尔(Amar Vutha)的注释如下:
图解:纠缠是粒子性子间的一种“量子纠正”。(示意图如上) 量子盘算机、量子密码学和与量子相关的器械都经常在新闻中被报道。关于他们的文章不可避免的都市提到纠缠,量子物理学的性子使得这些神奇的装置成为现实。 爱因斯坦将纠缠称为“幽灵般的超距作用”,这个名字逐渐被人们领会熟悉。远远跨越制作量子盘算机、在其他方面明白和行使纠缠也是异常有用的。 举个例子,它可以用来丈量引力波获得更正确的数据,是我们更好明白特殊质料的性子。它在其他领域也可以更准确的揭破:我一直研究粒子是怎么相互碰撞形成纠缠,想明白它是若何影响原子钟的正确水平。
然则什么是纠缠?有什么方式可以明白这种“幽灵”征象?我将实验通过组合两个来自物理学的观点来注释它:守恒定律和量子叠加。
守恒定律 守恒定律是所有物理学中最普遍最主要的观点。能量守恒定律是说一个封锁(伶仃)系统的总能量保持稳定(它可以转换成电能、机械能或者热能等其他能量)。这个定律是我们所有机械运作的基础,岂论他们是蒸汽机照样电车。守恒定律像是一种会计账户:你能改变周围少量的能量,然则总量必须保持一致。 动量守恒(动量是质量乘以速率)可以注释两个差别体重的溜冰运动员相互推开相互,两人中体重轻的谁人人可以滑的更快更远。这条定律也注释了谁人著名的格言:对于每一个力都有一个巨细相等、偏向相反的反作用力。(再一次拿溜冰运动员举例)角动能守恒则注释了一个旋转的溜冰运动员可以通过捉住她的手臂让自己更快的靠近她。
法国的花样溜冰运动员加布里埃拉·帕帕达吉斯(Gabriella Papadakis)和吉约姆·西泽龙(Guillaume Cizeron)2019年在白俄罗斯举行的欧洲花样溜冰锦标赛证明了守恒定律的影响(如上图) 这些守恒定律已经通过实验证明了在宇宙中的大范围里他们都是起作用的,这个大范围从遥远星系里的黑洞一直到最小的旋转电子。
与量子有关的弥补 想象你自己在森林中有一个美妙的徒步旅行。你在小路上遇到岔路,不外你无法决议到底走左边照样右边。通往左边的小路漆黑但终点有美景;通往右边的小路阳光明媚但路途崎岖。你最后决议走右边,但仍心心念念左边那条路。在量子天下中,你两条路都可以选择。
对于量子力学系统(其中所有的器械都是完全与高温顺外部扰动星散),内里的规则更是有趣。像是抽陀螺,举个例子,一个原子可以保持顺时针旋转,亦或者保持逆时针旋转。只管和抽陀螺不像,它仍然可以保持[顺时针旋转]+[逆时针旋转]的状态。 量子系统可以加到一起也可以减去。从数学角度说,
能够飞檐走壁的NASA外星机器人军团
从冰蠕虫到机器猿再到攀爬悬崖的迷你直升机,美国宇航局(NASA)的喷气推进实验室。打造了一个机器人军团,能够在火星平原和陨坑跋涉,勘测这颗红色星球。以及其它星球的悬崖、冰盖和其它难以进入的地区。
组合量子态的规则同样可以被形貌成向量的加减规则。对于这样一个量子态组合,这个天下是叠加重合的。在新鲜的量子效应背后你可能听说过双缝实验或者波粒二象性。
你决议迫使一个有[顺时针旋转]+[逆时针旋转]叠加态的电子去获得一个准确谜底。然后自由旋转的电子要么[顺时针旋转状态]住手,要么[逆时针旋转状态]住手。两种效果的几率是很容易盘算的(在手边有一本好的物理书)。若是你的天下观要求这个宇宙完全根据展望的方式运行,那这个历程内在的随机性会让你困扰。不外……这就是人生(实验测试)
守恒定律和量子力学 现在我们把这两个组合在一起,并将能量守恒定律应用到一对量子粒子中。 想象一对量子粒子(原子)从总数为100单元能量最先。你和你的同伙离开这一对粒子,各带一个。你发现你有40单元的能量。通过能量守恒定律,你推断你的同伙一定有60单元的能量。你一知道你自己的原子能量,一定也就知道你同伙的原子能量。纵然你同伙一点信息也不告诉你,你也会知道。纵然在你丈量原子能量的同时你的同伙在星系的另一边,你也照样会知道。关于它们没什么恐怖的(一旦你熟悉到这仅仅是相关关系而不是因果关系)。
然则这一对原子的量子状态可能更有意思。这对原子的能量可以被划分成许多种可能的方式(固然,也相符能量守恒定律。)这对原子的组合状态是一个叠加重合,举个例子:[你的原子:60单元;你同伙的原子:40单元]+[你的原子:70单元;你同伙的原子:30单元]。 这是两个原子的纠缠态。既不是你的原子,也不是你同伙的原子,在这个叠加态上能量的明确的。然而,由于能量守恒定律这两个原子的性子是有关联的:他们的能量合计总是即是100单元。 举个例子,你丈量原子发现它有70单元的能量,你可以确定你同伙的原子有30单元的能量。纵然你同伙不告诉你任何信息,你也会知道。多亏了能量守恒定律,纵然你同伙在星系的另一边你也会知道你同伙的原子能量。
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