以量子糾纏隱喻人性 《不夠善良的我們》結局討論發酵!物理學家解析量子力學

台劇「不夠善良的我們」4月27日播出結局後,引起眾多討論。(圖/公視提供)
台劇「不夠善良的我們」4月27日播出結局後,引起眾多討論。(圖/公視提供)

巧合,是上帝保持匿名的方式

由林依晨、許瑋甯、賀軍翔、柯震東主演的》日前播出完結篇,引發正反評價。有許多人認為以「宿敵和解」作收,後勁十足;但另一觀點是覺得實在太虧待努力生活的Rebecca(許瑋甯 飾)。而劇中從一開始就藉由雙女主簡慶芬(林依晨 飾)、Rebecca(許瑋甯 飾)的撞衫、愛上同一個男人等各種巧合,提出「」和「薛丁格的貓」這兩個概念,乍看抽象不科學,卻與人性裡的愛恨糾葛相似。此概念貫穿全劇,並透過雙女主12年之間的糾纏,持續探討爬梳至劇末。(編按)

許瑋甯(右起)、賀軍翔、林依晨在「不夠善良的我們」中上演三角關係。(圖/公視提供)

文/簡麗賢

量子糾纏究竟怎麼糾纏?

關於量子力學的爭論

前面文章已提及量子是一種概念,描述光子或電子的各種物理特性,例如能量。一個物理量如果存在最小且不可分割的基本單位,則這個物理量是量子化。

量子力學的理論,當幾個粒子彼此糾纏後,各個粒子擁有的特性已融合成整體性質,無法分別描述各粒子的原有性質,只能描述整體系統的性質,此狀態稱為量子糾纏,好比「你泥中有我,我泥中有你」。量子糾纏時,兩粒子不再是分立個體,形成一個整體狀態,只要整體狀態的任一組成粒子的狀態受到干擾,另外其他組成粒子狀態也會隨之產生對應變化。

量子力學的概念與機率和不確定性有關。依照古典力學,測量兩粒子的行為是獨立兩件事,彼此不互相影響。1964 年,家貝爾為驗證愛因斯坦質疑量子力學不完備的悖論,提出數學「貝爾不等式」。

量子糾纏和貝爾不等式是物理學界多年的辯論題。這次經由3位物理學家的研究,最終證明愛因斯坦、波多斯基、羅森等3人在1935年提出著名EPR悖論的思維實驗,並非正確。2022年諾貝爾物理學獎的得獎主題背後,故事還很多。這裡先簡要說明在物理學史上,跟得獎主題「量子力學」有關的爭論。

關於量子力學的爭論,如前面章節所述,主要來自以波耳為首的哥本哈根學派,以及愛因斯坦等3人的EPR悖論。哥本哈根學派遵循機率和不確定性觀點;EPR悖論的基本論點則是某區域發生的事件,不可能用超過光速的方式傳遞至其他區域、絕不會出現「鬼魅般的超距作用」;以及主張實驗觀測得到的現象,與觀測方式與動作無關,因此愛因斯坦認為「上帝不會擲骰子」、「月亮的存在與我們是否賞月無關」。但EPR悖論並非質疑量子力學的正確性,只是認為,用兩個糾纏光子來說明量子力學並不完備。

後來,提出「薛丁格的貓」思想實驗的薛丁格也指出量子力學不完備,並提出「量子糾纏」概念,說明兩粒子一旦靠近而相互糾纏後,就失去自己原來的獨特個體性,融合成兩粒子的整體狀態,即使分離至天涯海角,只要維持糾纏狀態,兩粒子的整體特性就不會消失。

量子糾纏純粹是量子效應,因為在古典的物理學世界中並不存在,所以很難理解,也不易被接受。然而,即使愛因斯坦離世,EPR悖論仍在,究竟量子力學完不完備呢?面對1935年提出的懸而未決的EPR悖論,一直到1964年愛爾蘭物理學家貝爾提出數學不等式,提供檢驗量子糾纏的實驗方法,才引發物理學家構思與精進實驗設計和討論,直到2022年獲得諾貝爾獎的肯定,再度掀起量子力學的熱潮。

書名:《我們的生活比你想的還物理:新聞時事X日常生活的物理真相大揭密》
作者:簡麗賢
出版社:商周出版
出版時間:2022年11月8日

薛丁格和「薛丁格的貓」

談到量子力學,「薛丁格的貓」此知名想像實驗必定會浮現在讀者的腦海中吧?此實驗探討一隻貓的狀態究竟是活或死的,而實驗結果是: 貓同時是活和死的「疊加」。如果以古典物理學來思考,會顯得極其荒謬;但若以微觀世界視之,這項理論其實符合電子波粒二象性的機率概念。

根據1927年量子力學學派的詮釋,觀察一個量子物體時,會干擾其狀態,造成其立即從量子本質轉變成傳統物理現實。原子及次原子粒子的性質,在量測之前並非固定不變,而是許多互斥性質的「疊加」。此觀念的知名例子就是「薛丁格的貓」實驗。在這個想像的實驗中,一隻貓被鎖在一個箱子中,並有一個毒氣瓶,在量子粒子處於某狀態下毒氣瓶會破裂,但若該粒子處於另一狀態,則毒氣瓶會完好無損。如果將箱子封閉,此粒子的量子狀態是兩種狀態「共存」的情況,也就是說,毒氣既是已從瓶中放出,又被封存在瓶中,也因此,箱中的貓同時既是活的也是死的。當箱子打開時,由於此量子疊加狀態瓦解了,因此在那瞬間,這隻貓或許被毒死,或許得以保命。

什麼是量子糾纏?

如前面章節所說,量子是用來描述光子或電子的能量特性的概念。一個物理量如果存在最小且不可分割的基本單位,則這個物理量是量子化,並把最小單位稱為量子。在量子力學裡,當幾個粒子彼此相互作用後,由於各粒子擁有的特性已綜合成整體性質,因此無法單獨描述各粒子的性質,只能描述整體系統的性質,此現象就是量子糾纏。

量子糾纏時,兩個粒子因為不再是分立的個體,而是一個整體狀態,因此只要任一組成的粒子狀態受到干擾,其他組成粒子狀態也會對應變化,就好像是心電感應。

也有人以文學語句類比解釋量子糾纏,例如引用〈代父從軍的花木蘭〉:「雄兔腳撲朔,雌兔眼迷離。」或早期巷弄傳唱的「我泥中有你,你泥中有我」,藉此說明量子糾纏的狀態。

●本文摘自《我們的生活比你想的還物理:新聞時事X日常生活的物理真相大揭密》

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