科学家发现量子纠缠“太极图”

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两个纠缠光子的全息图像的重建。 （图片来源：Nature Photonics 、 Zia 等人）

文：莫心海

宇宙的浩渺对人类永远是个迷，无从知道其实质。现代天文学所认识到的只是用现代高科技捕捉到的天体在人类空间能观察到的变化瞬间，科学家抓住这一刻的观测数据，提出理论，假说，象盲人摸象，难以窥探到整体和其本质所在。如果只在人类这个空间去探索宇宙的奥秘，终归是竹篮打水一场空。希望读者从现代天文的发现中，能思考宇宙、人体、生命的真正意义何在。

量子力学是现代物理学最重要然而也是最神秘的学科，虽然获得了巨大的成功，但是其中一些最重要的概念和现象解释和诠释仍然是众说纷纭，莫衷一是。其中最神秘的现象当属微观粒子的“量子缠绕”了。现在科学家们发现神奇的量子纠缠现象再添神秘。

2023年8月14日科学家在《自然光子学》上发表了题为“空间双光子态振幅和相位的干涉成像”的文章，详细介绍了他们首次使用双光子数字全息术和超高精度相机来实现实时可视化两个量子纠缠的光粒子，发现它们看起来像一个令人惊叹的太极图。

量子纠缠——两个相距较远的粒子之间的奇怪联系，被爱因斯坦反对为“幽灵般的超距作用”——使两个光粒子或光子彼此不可分割地结合在一起，因此一个粒子的改变会导致一个粒子的改变-----无论他们相隔多远。

为了对量子物体做出准确的预测，物理学家需要找到它的波函数：对其状态的描述，存在于光子可以采取的所有可能物理值的叠加中。纠缠使得寻找两个相连粒子的波函数成为一项挑战，因为对一个粒子的任何测量也会导致另一个粒子的瞬时变化。

光学全息图使用两束光束来创建3D图像：一束光束击中物体并从物体上反射，而另一束光束则照射在记录介质上。全息图是由光干涉图案形成的，或者是两个光波的波峰和波谷相加或相互抵消的图案。物理学家使用类似的方法，通过他们用另一种已知状态制作的干涉图案来捕获纠缠光子状态的图像。然后，通过用纳秒级精确相机捕获所得图像，揭示了两个纠缠光子的令人惊叹的阴阳图像。

据考古研究发现，太极图至少在7000年前就出现了，应该是史前文明留下来的，在中国古代一直有中华第一图的美誉，内涵众说纷纭。量子纠缠图酷似太极图可能不是偶然的。量子纠缠可能揭示了物质之间的联系不只是体现在我们这个物质空间。是不是前人发现了量子纠缠的奥秘，看到了这副量子纠缠图而把他作为宇宙奥秘的高度凝炼而流传下来呢？


发稿：2023年10月30日