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量子糾纏
1.微觀世界的“心靈感應(yīng)”：原理初探
1.1 何為“糾纏態(tài)”？!想象一下；有兩個(gè)粒子（打個(gè)比方光子或電子）;它們通過(guò)某種方式產(chǎn)生聯(lián)系后，不在是自立的個(gè)體、而是成為了一個(gè)總體上為你。
即使在這兩個(gè)粒子后來(lái)被分隔到宇宙的兩端 測(cè)量其中一個(gè)粒子的狀態(tài)（比方說(shuō)自旋方向）- 另一個(gè)粒子的狀態(tài)瞬間就被確定下來(lái)，仿佛它們之間有“直通電話”！
這種特殊的關(guān)聯(lián)狀態(tài)就是量子糾纏態(tài)。它無(wú)法用經(jīng)典的“自立粒子+預(yù)先設(shè)定信息”來(lái)解釋！
1.2 奇妙的“超距作用”（非信息傳遞）這里的是“瞬間”！但在這并不代表信息可超光速傳遞.既然測(cè)量結(jié)果是隨機(jī)的（符合量子力學(xué)概率） 你要通過(guò)經(jīng)典渠道（電話、郵件,不管怎樣都比光速慢）告知另一端的人你的測(cè)量結(jié)果;他們才能確認(rèn)另一個(gè)粒子的狀態(tài)。這個(gè)“瞬間效應(yīng)”自身無(wú)法用于傳遞可控制的有用信息！
1.3 與經(jīng)典關(guān)聯(lián)的本質(zhì)區(qū)別在這與擲兩枚相似的;或者戴一副分開(kāi)放置的手套完全不同。經(jīng)典關(guān)聯(lián)的物體屬性是預(yù)先確定的、自立的。而在量子糾纏中單個(gè)粒子的屬性在被測(cè)量前是“未定”的- 除非在整個(gè)為你的狀態(tài)是確定的！
2.千變?nèi)f化的糾纏形態(tài)
2.1 基礎(chǔ)款：雙粒子糾纏（EPR對(duì).貝爾態(tài)）在這是最常見(jiàn)也最基礎(chǔ)的形式...由愛(ài)因斯坦、波多爾斯基和羅森提出的思想實(shí)驗(yàn)（EPR佯謬）而得名！
貝爾態(tài)則提供了檢驗(yàn)糾纏有沒(méi)有在那里的具體方式。這是構(gòu)建更不簡(jiǎn)單量子網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)單元。
2.2 進(jìn)階版:多粒子糾纏（GHZ態(tài)；W態(tài)）當(dāng)超過(guò)兩個(gè)粒子糾纏在共同時(shí)情況變得更為奇妙跟復(fù)雜。GHZ態(tài)下，所有粒子狀態(tài)高度一致；
W態(tài)則代表一種更穩(wěn)健的共有糾纏狀態(tài)。多粒子糾纏是實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大量子計(jì)算跟精密測(cè)量的核心條件 .
在這事兒說(shuō)來(lái)話長(zhǎng),.3 拓?fù)浼m纏與連著流這是一種更高級(jí)的糾纏形態(tài);與物理為你的拓?fù)湫再|(zhì)（總體上不變量）有關(guān)...其糾纏性質(zhì)對(duì)環(huán)境擾動(dòng)更為穩(wěn)健；是構(gòu)建更可靠量子硬件（如拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)）的理論基礎(chǔ)。
3.從現(xiàn)象到變革:運(yùn)用的廣闊天地
3.1 信息處理領(lǐng)域的 ：量子計(jì)算
量子并行性加速:糾纏態(tài)允許量子比特而且尋找多種可能性、為求解某些頭緒多問(wèn)題（如大數(shù)分解、材料模擬）提供指數(shù)級(jí)加速潛力.
例子:肖爾算法挑戰(zhàn)加密利用量子糾纏的特性,肖爾算法能在理論上飛快破解現(xiàn)在廣泛利用的RSA公鑰加密體系；促使密碼學(xué)領(lǐng)域提前布局抗量子加密技術(shù)。
3.2 保障通信安全：量子保密分發(fā)
原理同安全基石：利用糾纏粒子的關(guān)聯(lián)性或量子態(tài)不可克隆特性。不管何時(shí)什么行為都會(huì)不可避免地?cái)_動(dòng)糾纏態(tài)或量子態(tài)~結(jié)果被通信方察覺(jué).
要緊方法：BB84與E91協(xié)議BB84利用單光子的偏振態(tài)；E91則直通利用糾纏光子對(duì)...兩者都提供了理論上無(wú)條件安全的密鑰分發(fā)方式...
3.3 測(cè)量精度的極限突破：量子精密測(cè)量
量子傳感：利用糾纏態(tài)對(duì)外界擾動(dòng)非常敏感的特性,可制造出遠(yuǎn)超經(jīng)典極限的傳感器，用于探測(cè)微弱的磁場(chǎng)、重力場(chǎng)變化等！
糾纏增強(qiáng)成像:利用糾纏光源可以超越經(jīng)典光學(xué)成像的分辨率極限或靈敏度極限，在生物醫(yī)學(xué)成像、天文觀測(cè)等領(lǐng)域有廣闊前景。
3.4 拓展網(wǎng)絡(luò)連接:量子中繼同網(wǎng)絡(luò)
就你別說(shuō) -距離傳輸?shù)钠款i與方法:光子在光纖中傳輸損耗大、限制了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)量子通信的距離。量子中繼的核心思想是將長(zhǎng)距離分成短段、在節(jié)點(diǎn)處利用糾纏純化等技術(shù)建立長(zhǎng)程糾纏連接。
“量子互聯(lián)網(wǎng)”的藍(lán)圖：目標(biāo)是連接分布式的量子處理器同量子傳感器，成為全球性的量子信息處理網(wǎng)絡(luò)，共有量子計(jì)算資源并進(jìn)行安全通信。
4.眼見(jiàn)為實(shí):怎樣制造同觀測(cè)它?
4.1 實(shí)驗(yàn)室中的常用方法
自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換:一束強(qiáng)激光照射非線性晶體后，有極低概率“分化”成兩個(gè)關(guān)聯(lián)（糾纏）的光子。這是目前產(chǎn)生光子糾纏最主流的方法！
離子阱與超導(dǎo)量子比特操控:在可控的離子或超導(dǎo)電路中通過(guò)準(zhǔn)確的電磁場(chǎng)操控,可以人為地將多個(gè)量子比特制備到特別指定的糾纏態(tài)。
這些為你是量子計(jì)算的核心平臺(tái).
4.2 檢驗(yàn)“鬼魅”有的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)
大家可能不知道、斯派克特實(shí)驗(yàn)（1982）連帶著后續(xù):在實(shí)驗(yàn)中關(guān)閉了或許的“漏洞”；強(qiáng)有力地證實(shí)了量子力學(xué)的非定域性、駁斥了愛(ài)因斯坦等人提出的局域隱變量理論。證明糾纏是真實(shí)的物理現(xiàn)象.
貝爾不等式的判決:貝爾提供了一種數(shù)學(xué)不等式來(lái)區(qū)分量子糾纏跟隨便一個(gè)大概的局域隱變量理論！實(shí)驗(yàn)中違反貝爾不等式就變成驗(yàn)證量子糾纏確實(shí)有的最有力證據(jù)...
你別說(shuō)- .3 反復(fù)填補(bǔ)的“漏洞”與更高確信度科學(xué)家們?cè)诟蟪叨壬?、更短的時(shí)間窗口內(nèi),通過(guò)消除探測(cè)效率不足、局域性等漏洞，始終提高對(duì)糾纏現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)證實(shí)的嚴(yán)謹(jǐn)程度。
5.理論與現(xiàn)實(shí)的碰撞：挑戰(zhàn)與爭(zhēng)議之聲
5.1 愛(ài)因斯坦的質(zhì)疑：“局域?qū)嵲谛浴钡膱?jiān)守EPR論文的核心觀點(diǎn)認(rèn)為。物理世界應(yīng)當(dāng)是“局域”的（無(wú)超距作用）與“實(shí)在”的（物理量客觀存在...
跟觀測(cè)無(wú)關(guān)）。糾纏似乎違反了局域性。愛(ài)因斯坦稱之為“鬼魅般的超距作用”。
從5.2 隱變量理論：經(jīng)典世界觀的掙扎以玻姆力學(xué)為代表的非局域隱變量理論試圖在維持粒子“實(shí)在性”的在同時(shí)闡述糾纏現(xiàn)象（引入全局的“導(dǎo)航波”）,但它自身引入了非局域性、并不被主流認(rèn)可.
局域隱變量理論則被實(shí)驗(yàn)所排斥！
5.3 測(cè)量問(wèn)題的終極拷問(wèn)量子態(tài)怎樣做在測(cè)量瞬間從疊加態(tài)“坍縮”到確定態(tài)？?jī)蓚€(gè)糾纏粒子之間是怎樣瞬間“知道”對(duì)方狀態(tài)的？
在這關(guān)系到到量子力學(xué)詮釋的根本問(wèn)題（哥本哈根詮釋、多世界詮釋等）.
5.4 工程化的挑戰(zhàn):脆弱的糾纏現(xiàn)實(shí)世界中的量子為你極易與環(huán)境發(fā)生相互作用而失去其相干性同糾纏特性~這個(gè)過(guò)程稱為“退相干”！
克服退相干是構(gòu)建適用量子技術(shù)（如量子計(jì)算機(jī)）的最大障礙之一。
6.觸及日常：超越硬核科技的漣漪
以你聽(tīng)我說(shuō)、.1 重塑認(rèn)知圖景量子糾纏以其反直覺(jué)的特性 不斷沖擊著我們對(duì)“實(shí)在性”、“因果性”、“分離性”的傳統(tǒng)觀念...它描繪了一個(gè)比經(jīng)典直覺(jué)不簡(jiǎn)單得多的世界圖景。
6.2 激發(fā)跨界靈感其深刻的哲學(xué)內(nèi)涵、奇妙的數(shù)學(xué)模型與廣闊的運(yùn)用前景~為科幻文學(xué)、藝術(shù)創(chuàng)作乃至哲學(xué)思考提供了多樣的素材與靈感源泉。
談?wù)摗把Χㄖ@的貓”常常就繞不開(kāi)糾纏。
6.3 長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光看變革雖然馬上感知不易...但其催生的量子技術(shù)只要成熟與普及...將從底層改變信息處理、通信、傳感等不少領(lǐng)域的面貌- 深刻影響未來(lái)的社會(huì)生活形態(tài)同經(jīng)濟(jì)格局。
想想量子安全怎樣做保護(hù)你的銀行交易，說(shuō)不定量子計(jì)算機(jī)怎樣設(shè)計(jì) 性的藥物。
量子糾纏不在只是是物理學(xué)家爭(zhēng)論的思想實(shí)驗(yàn)對(duì)象。它已成為實(shí)驗(yàn)室里可被精細(xì)操控的工具！是下一代技術(shù) 的星星之火。
從證明基礎(chǔ)理論的完備性，到驅(qū)動(dòng)密碼學(xué)的革新、計(jì)算能力的躍遷與測(cè)量精度的突破,量子糾纏的潛力正被逐步釋放。
盡管“幽靈作用”的物理本質(zhì)仍籠罩在哲學(xué)思辨的迷霧中它在方法層面的魅力已勢(shì)不可擋。將我們推向一個(gè)由量子規(guī)則透徹定義的新時(shí)代。
繼續(xù)尋找怎么辦延長(zhǎng)其脆弱的確實(shí)有時(shí)間。怎么樣大規(guī)模地制造與利用其進(jìn)行計(jì)算跟通信；怎樣構(gòu)建起牢固的量子網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)科學(xué)家與工程師們肩負(fù)的核心挑戰(zhàn)。
誰(shuí)能更好地理解并掌控量子糾纏- 誰(shuí)就更有機(jī)遇在以后的科技版圖上占據(jù)制高點(diǎn)。
相對(duì)論
1.時(shí)空觀的 :從絕對(duì)到相對(duì)
1.1 經(jīng)典絕對(duì)時(shí)空觀的困境牛頓認(rèn)為存在一個(gè)大多數(shù)都適用的時(shí)鐘同一個(gè)放之宇宙而皆準(zhǔn)的尺子（絕對(duì)空間跟時(shí)間）！但19世紀(jì)末，邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)試圖探測(cè)地球在“以太”中運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的風(fēng)速區(qū)別，總結(jié)一下令人震驚地得到了零搞得-光速在地球不同運(yùn)動(dòng)方向上仿佛都相同快！在這動(dòng)搖了經(jīng)典物理的根基。
1.2 狹義相對(duì)論的兩大基石
相對(duì)性原理的升華:不只是力學(xué)規(guī)律，所有物理規(guī)律（有電磁學(xué)）在所有慣性參考系（勻速直線運(yùn)動(dòng)的參考系）中都具有統(tǒng)一的形式！你在勻速運(yùn)動(dòng)的火車上做任何物理實(shí)驗(yàn) 總結(jié)一下都與地面上相同。
光速不變?cè)淼钠者m：真空中光傳播的速度 ? 是一個(gè)常數(shù)，跟光源的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)同觀測(cè)者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都無(wú)關(guān)。這是前述實(shí)驗(yàn)到頭來(lái)的關(guān)鍵解釋。
1.3 核心判定的震撼效應(yīng)
同時(shí)性的相對(duì)性:火車中點(diǎn)的閃光，車上人看到光而且到達(dá)車頭車尾。但地面上的你;既然車在動(dòng)，會(huì)先看到光到車尾后到車頭（假設(shè)光朝車頭尾傳播）。
同時(shí)性不是絕對(duì)的！
時(shí)間膨脹（動(dòng)鐘變慢）：一個(gè)運(yùn)動(dòng)的鐘比靜止的鐘走得慢。公式:`Δt = γΔτ` （γ = 1 / √(1
v2/c2） 1 Δτ是固有時(shí)相對(duì)于時(shí)鐘靜止時(shí)測(cè)量的時(shí)間間隔)。雙生子佯謬就是這個(gè)概念的顯示（高速旅行的兄弟變年輕）。
長(zhǎng)度收縮（動(dòng)尺變短）:一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體在其運(yùn)動(dòng)方向上的長(zhǎng)度會(huì)比它靜止時(shí)短。公式:`L = L? / γ` （L?是固有長(zhǎng)度 相對(duì)于物體靜止時(shí)測(cè)量的長(zhǎng)度）。高速飛行的飛船，從地面看會(huì)變扁。
1.4時(shí)空的新四維時(shí)空的“距離”空間與時(shí)間不在分離~而是緊密交織成四維時(shí)空...在相對(duì)論中定義了一種例外的“距離”間隔 其表達(dá)式在洛倫茲變換下保持不變:
Δs2 =
（cΔt）2 + （Δx）2 + （Δy）2 + （Δz）2
這是理解事件之間因果關(guān)系（光錐）的基礎(chǔ)。
2.質(zhì)量與能量的震撼統(tǒng)一
2.1 質(zhì)能等價(jià)的偉大洞見(jiàn)著名的質(zhì)能方程 `E = mc2` 提示了質(zhì)量是能量高度集中的一種形式。
2.2 何為靜止質(zhì)量?!方程式中的 `m` 指的是物體的靜質(zhì)量（當(dāng)其相對(duì)于你靜止時(shí)的質(zhì)量）。
一個(gè)靜止的物體也蘊(yùn)含著巨大的能量 `m?c2`.
3.引力是時(shí)空的彎曲：廣義相對(duì)論的飛躍
3.1 等效原理的橋梁作用
弱等效原理：慣性質(zhì)量（決定物體慣性的大?。┡c引力質(zhì)量（決定物體受到引力的大?。?zhǔn)確相等...
在這代表在局域空間內(nèi)，均勻引力場(chǎng)的效應(yīng)與加速參考系的效應(yīng)是無(wú)法區(qū)分的（你在加速上升的電梯里感受到的壓力，同地球引力帶來(lái)的重量感等效）。
強(qiáng)等效原理的延伸：引力場(chǎng)中每一點(diǎn)的自由落體參考系，都等效于一個(gè)局域的慣性參考系（沒(méi)有引力場(chǎng)）；所有局域的非引力物理規(guī)律都遵循狹義相對(duì)論的形式。
3.2 引力現(xiàn)象的新解讀：幾何化
物質(zhì)的指令:能量-動(dòng)量支配時(shí)空幾何物質(zhì)跟能量的分布決定了時(shí)空怎樣做彎曲.
時(shí)空的響應(yīng):彎曲幾何引導(dǎo)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)引力不在是“力”。而是物體在彎曲時(shí)空中沿著最短路徑（測(cè)地線）的自然運(yùn)動(dòng)軌跡。
比如行星繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)...是因?yàn)樘?yáng)巨大的質(zhì)量壓彎了周圍的時(shí)空“薄膜”，行星只是在“薄膜”的凹陷處沿直線（測(cè)地線）滑行。
3.3 引力的信號(hào)波：漣漪加速運(yùn)動(dòng)的物體（如相互繞轉(zhuǎn)的雙中子星或雙黑洞）會(huì)使時(shí)空發(fā)生振蕩，以波的形式向外傳播引力輻射，攜帶能量與信息。
4.宇宙演化的恢弘畫(huà)卷
4.1 大爆炸模型的時(shí)空框架
相對(duì)論是...加起來(lái)了現(xiàn)代大爆炸宇宙學(xué)的核心基礎(chǔ)。它描述了宇宙從一個(gè)極熱、極密的初始狀態(tài)開(kāi)始 -在廣義相對(duì)論支配的時(shí)空框架下膨脹、演化的歷史。
4.2 理解大尺度結(jié)構(gòu)的發(fā)展成
相對(duì)論的引力與動(dòng)力學(xué)說(shuō)明了物質(zhì)怎樣在宇宙膨脹過(guò)程中聚集成星系、星系團(tuán)等宏偉結(jié)構(gòu)- 并決定了宇宙整個(gè)的幾何形狀（平坦？開(kāi)放？閉合?!）。
4.3 宇宙膨脹與哈勃定律廣義相對(duì)論的方程允許宇宙自身在膨脹 解釋了哈勃觀測(cè)到的遙遠(yuǎn)星系光譜紅移與其距離成正比的規(guī)律（v = H?d）。
宇宙膨脹速率是理解其前景命運(yùn)的關(guān)鍵。
4.4 引力透鏡效應(yīng):天然望遠(yuǎn)鏡大質(zhì)量天體（如星系團(tuán)）彎曲其身后傳來(lái)的光線、產(chǎn)生多重像、光環(huán)等畸變現(xiàn)象。在這作為探測(cè)暗物質(zhì)分布、遙遠(yuǎn)天體的強(qiáng)大工具。
5.前沿尋找跟未解之謎
5.1 統(tǒng)一理論的終極夢(mèng)想
相對(duì)論（引力）與描述其他三種基本力（電磁、強(qiáng)、弱）的量子理論框架目前無(wú)法融合.追尋引力的量子理論（量子引力）跟更宏大的統(tǒng)一理論是物理學(xué)的圣杯。
5.2時(shí)空奇點(diǎn)的挑戰(zhàn)
相對(duì)論方程在部分 條件下（如黑洞中心、大爆炸起點(diǎn)）會(huì)預(yù)測(cè)出密度無(wú)限大、曲率無(wú)限大的點(diǎn)，稱為奇點(diǎn)...
在這暗示著目前理論的局限性，需要量子引力理論來(lái)破解。
5.3 暗物質(zhì)與暗能量的無(wú)形巨擘
相對(duì)論框架下對(duì)星系自轉(zhuǎn)曲線、引力透鏡、宇宙加速膨脹等現(xiàn)象的拆開(kāi)看,強(qiáng)有力地暗示了宇宙中有眾多不發(fā)光、只參與引力作用的暗物質(zhì)，以及驅(qū)動(dòng)宇宙加速膨脹的暗能量（可能是真空能量或某種場(chǎng)）.
它們是什么？是相對(duì)論的缺陷還是全新的物質(zhì)能量形態(tài)?
5.4 引力波的精密時(shí)代已開(kāi)啟LIGO、Virgo等探測(cè)器已成功捕捉到多次雙黑洞、雙中子星并合發(fā)出的引力波信號(hào)。
以后靈敏度更高的探測(cè)器（如空間引力波探測(cè)器）將開(kāi)啟引力波天文學(xué)的新紀(jì)元，有望探測(cè)宇宙原初引力波、提示大爆炸瞬間的秘密、普查宇宙中的雙致密星等。
相對(duì)論徹底重塑了大家認(rèn)知宇宙的基本方式-時(shí)間、空間、物質(zhì)、能量、引力乃至宇宙的起源同命運(yùn)，都以其全新的面貌展現(xiàn)在科學(xué)圖景中。它不在是高懸空中的抽象理論;而是深刻影響著從日常導(dǎo)航到尋找宇宙邊緣的普遍方法。相對(duì)論的魅力不僅在于其理論的難忘同優(yōu)美- 更在于它始終挑戰(zhàn)著人類的想象力邊界、為理解宇宙中最深層的秘密提供了不可或缺的框架.探尋引力的量子本質(zhì)~理解暗物質(zhì)還有暗能量的真實(shí)面目，利用引力波聆聽(tīng)宇宙的隱秘聲音……這些深?yuàn)W的課題等待著以后研究的突破。詳細(xì)挖掘相對(duì)論的每一個(gè)預(yù)言跟推論，進(jìn)展出更精密的探測(cè)手段來(lái)檢驗(yàn)其在 條件下的表現(xiàn) 推動(dòng)其與量子理論的最終融合，將是我們這個(gè)時(shí)代乃至未來(lái)數(shù)個(gè)世紀(jì)科學(xué)家們不懈追求的目標(biāo)。解開(kāi)這些謎團(tuán)~說(shuō)明我們將更靠近理解宇宙運(yùn)行終極規(guī)律的那一天...期待聽(tīng)到你的聲音！