这是一个闲聊通信的一个音频专辑，叫《通信杂谈》，主要是想谈谈发生在通信圈子里的故事，没有什么局限性，想到什么就谈什么。大家也可以留言说说你们想听的内容，如果我觉得话题比较好的话，我会尝试给大家讲讲。大家可以在喜马拉雅上搜索《通信杂谈》，然后点击，那个黄色的BT零图标就是。
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有听众在听了上期节目以后，留言说：最近刚刚看过复联4，对量子理论有浓厚的兴趣。希望我能多说一点量子的相关知识。其实我也是一个复联系列电影的忠实粉丝，但复联4上映以后，一直没抽出时间去看。所以上周末乘着复联4还没有下映，赶紧去看了一下，真的很过瘾。复联4里面的关于量子领域的故事情节是这样的：蚁人无意间从量子领域回到了现实世界。然后告诉复联们说，量子世界可以可以穿越时空，于是在众人的努力下，复联们回到了过去筹齐了6颗无限宝石，并召回了在5年前被灭霸消灭的那些人。
我们先来说说复联4中通过的量子领域的进行时空穿梭的桥段。那么时空穿梭到底是否可行呢？我们先排除量子领域而言，单从现实的宏观世界来看，目前绝大部分描述有时空穿梭的科幻片是都是基于“哥德尔宇宙模型”的条件下的时空穿越。哥德尔是20世纪最伟大的数学家之一，他利用爱因斯坦的场方程计算出了一种结果，如果宇宙在围绕一根无限长且质量无限大的圆柱体快速旋转的情况下，会产生空间极度扭曲，以至于把时间都闭合成一个圆。既然是一个圆，那么每一个点都是可以重复的。所以在哥德尔宇宙模型中是允许时空穿梭的。
而我们现实所处的宇宙是“霍金宇宙模型”，在这个宇宙模型中，如果要想穿越时空，就必须制造一个爱因斯坦罗森桥，也就是我们通常所说的“虫洞”。
但是据霍金的推算，他认为在有限的空间中要想制造一个虫洞，势必会产生一个：“奇点”。也就是宇宙黑洞中心的那个体积无限小，且质量无限大的奇点。也就是说会产生一个黑洞。由于我们人类目前已经掌握的科技还暂时不能解决这个奇点问题，所以我们目前暂时还不能实现时间旅行。
接下来我们再来看看复联4中描述的：在量子世界里面的时间是不是比现实宏观世界要慢的问题，我认为这个可能是剧情需要所设定的。科学家们研究发现：在量子世界中是没有时间和空间的概念的。 我们在上一集中提到的“延迟双缝实验”就证实了这一点。不管光子是否已经穿过了双缝，只要我们进行观测，干涉条纹就会消失，反之，只要取消观测，干涉条纹又会出现。 有的人会说，这个延时双缝实验装置的尺寸相对于光速来说实在是太短，会不会是因为误差所致。所以科学家们采用望远镜和光导纤维等材料设计了一个“星际版延迟双缝干涉实验”。希望通过在宇宙中跑了几百万光年的光子来验证量子世界与时间是否具有相关性这个问题。 整个实验室这样的。科学家找到一颗位于几百万光年以外的恒星。它持续在向地球方向发出光子，而地球和这颗恒星中间有一个质量巨大的星系，根据爱因斯坦相对论，这个星系将导致空间膨胀进而使光线弯曲，这样就相当于一个巨大的分光镜，将光子分成上下两条路径。
然后在地球上设置两台方向不同的天文望远镜，分别对这两路光进行观测。这两个天文望远镜的作用就像上一集中描述的延迟双缝实验中的两个光路探测器一样。对这两条光的行径路线进行探测。这个时候的实验结果是，在天文望远镜中的图案是没有干涉条纹的粒子性质的光斑。 但是如果把这两个天文望远镜中的光线，通过分光器和光纤重新合并到一个焦点上，则又会出现干涉条纹。
要知道，这些光子是在数百万年就已经出发了的，它们的旅程早已在出发前就已经被决定的。但是实验结果证实，当人类对其观测和不观察，这两条光线会呈现出不同的特质。或者说光子在几百万年前，从出发那一刻就已经预知了未来会有人对他进行观测，并作出了相应的改变吗？还是说：光子本身就与时间无关呢？ 后来提出这个延时双缝实验的约翰惠勒，引用了玻尔的话来解释这个现象，“任何一种基本量子展现出的现象，只在其被记录之后才是一种固定的现象”，我们是在光子上路之前还是途中对它进行观测，这在量子世界中是没有区别的。量子世界的历史是不确定的——除非它已经被记录下来。更精确地说，光子在通过第一块透镜以后到我们第二块透镜这之间“到底”在哪里，是个什么样子的，是一个无意义的问题。所以科学界认为在量子世界中没有时间和空间的概念的。 有的人听到这里，可能会产生一个大胆的想法，是不是可以利用类似星际版延迟双缝实验的装置来实现超光速通信呢？但是从理论上来说，我们只要仔细想一想就能知道，光子的状态变化是在于观测与否，根本不在于之前发射出来的状态，所以我们无法利用这一特性进行信息的传递。因此这一条路是走不通的。不过是量子世界的另外一个特性却给科学家们带来了一丝的希望。这就是“量子力学的终极特性”- 量子纠缠。
学家们发现一种叫SDPC的晶体，当光子照射到这种晶体上以后，就会被这种晶体吸收掉，同时释放出两颗相互纠缠的光子。每一个光子的能量都是被吸收掉的光子的一半。而且根据能量和角动量守恒的原则，这两个相互纠缠的光子，的自旋速度完全相同，但自旋方向完全相反。而且这两颗处于纠缠状态的量子一旦对其中一颗的自旋方式进行观测，那么另一颗量子就会立即呈现出与这颗量子相反的自旋状态。
这种处于相互纠缠的粒子有着完全颠覆物理常识的特性。也就是说，相互纠缠的两个粒子，无论相隔多远 -- 哪怕是在宇宙的两端 – 当一个粒子发生变化时，会瞬间跨过千山万水，立即对另外一个粒子产生影响。由于双方发生的变化是“绝对”同时的，你甚至不能说是哪一个先发生了变化而引起了另一个的变化 。因而可以说，量子纠缠的这一特性，其实不是一个粒子对另一个粒子的瞬时影响，而且这种影响是一瞬间完成的，没有时间先后概念。
举个例子，例如我们在口袋里面放上一颗红球和一颗白球，这两颗球除了颜色不同以外，大小和重量都是完全相同的。现在我们选两个人，各自在口袋里面拿一个球走，每个人拿了也不看，就直接回家了。当回到家里，掏出球来一颗，哦，原来自己拿的是一颗白球，那么他看到这颗白球的瞬间，就立即知道另一个人手里的一定是一颗红球。而无论这两个人在这个时刻间隔有多远，甚至他都不用打电话问对方，一瞬间就知道了对方手里的球是什么颜色的了。 当纠缠量子的这一特性刚刚被科学家发现的时候，大家第一印象发现：。既然粒子可以超远距离同步，那么可不可能经过某些“精巧”的设计，让我们真的实现超光速通讯呢？例如我们将处于纠缠状态的两颗量子一颗带到火星上，另一颗留在地球上，当火星上发生某一特定事件以后，我们就对这颗量子进行观测，这个时候在地球上的量子就会瞬间改变状态，这样不就可以实现超光速通信了吗？
于是好多人以为看见了曙光，他们就像打了鸡血一样的利用相互纠缠的量子，试图设计出超光速通信设备来。有不少人做过很多非常聪明的设计，这些设计看上去似乎毫无破绽。但是，真的去做一下实验，却发现无一不是失败的。 后来，人们从量子力学的基本原理经过严格推导，证明了一个所谓的“无通讯定理”（no communication theorem），正式宣判了：试图利用量子纠缠特性进行瞬时通讯的死刑。“无通讯定理”是说：仅通过量子纠缠无法传递任何信息。 其实原因也很简单，还记得我们上一期节目里面提到，量子如果不被观测，其状态、速度和位置都是未知的吗？一旦被观测，就会因为你观测的方式不同，而呈现出不同的确定状态。所以科学界在描述量子的状态的时候，要加上你什么情况下，采用什么方式观测到的结果。 所以处于纠缠状态的两颗量子，一旦一颗被观测以后，即便第二颗也发生了变化，但是人们是不知道的，必须是那个观测第一颗量子的人，打电话告诉另一个人，好了，你现在采用XXX的方式观测吧。这个时候，拥有另一颗量子的人才能看到这个结果。所以要想利用量子纠缠传递信息，还是受限于光速不变理论。 虽然利用量子特性进行超光速通信的每一条路都被封死了。但是科学家们从量子纠缠特性想到了另一个应用领域。既然两个处于纠缠状态的量子一旦其中一个被观测，那么另一个的状态就会发生改变，这样，我们是不是可以通过量子纠缠的这个特性进行信息安全方面的应用呢？没错，目前我们国家的墨子号量子通信卫星就是利用量子纠缠的这一特性，进行信息安全方面的实验应用。而且利用量子纠缠特性，进行信息加密技术是目前已知的，没有任何前提条件的绝对安全的信息加密技术。 今天的节目就到此为止，我们今天从复联4的量子领域进行时空穿越的桥段，讲到现实世界中进行时空穿越的各种可能性。再从一个叫“星际版的延时双缝实验”，讲到了在量子领域中是没有时间和空间的概念的。然后我们讨论了量子纠缠能否进行超光速信息传递。最后回到本期主线上，量子通信到底是一个什么技术。感谢大家的收听。我们下一期将详细介绍墨子号量子通信卫星的加密技术应用原理。我们下期再见。
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