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第五十章 极深的紫(1/2)

光既是波也是粒子,这是现代物理学的基础,像我们熟知的那样,一般的宏观现象中我们观测到的波,都需要借助介质才能存在,比如说水波利用水传播,声波利用空气来传播,很直观的,没有空气作为介质的地方,比如说月球,是听不到声音的。

十九世纪,人们通过对衍射和干涉现象的研究,确立了光的波动学说理论,那个年代光波是王道,光子,这是神马东西,但是既然是波,那就需要有介质传播啊,于是物理学家假想了一种无所不在的物质,那就是传说中的以太了。

以太在物理学中,是一种非常神奇的物质,它无所不在,又无法被人所感知,它的密度很小,要不然会影响天体的运行,但是硬度又很大,因为光波可以通过以太传播。

这种神奇的东西,显然是不可能在现实中存在的。1887年,迈尔逊和莫雷设计了一个干涉实验,假设以太存在,地球以30千米/秒的速度围绕太阳运行,将有同样速度的以太风吹过。结果理所当然的,没有检测到以太风的存在。

有趣的是,就在同一年,赫兹发现了光电效应,金属在光辐照作用下会发射电子,但是发射电子的能量完全和光的波长有关,和光的强度无关,这就有意思了,按道理如果光是波的话,那么波动的能量应该是持续的啊,按道理应该是吸收到一定能量的光辐射之后,金属释放出一个电子。

唯一的解释只能是,光是一种粒子,爱因斯坦.哪都有你命名了光量子并因此获得了诺贝尔奖(不是因为相对论哦)。后来,科学家甚至能够精确控制激光的光源,每次只发射一个光子,这就坐实了光是一种粒子的学说。

但是,这种粒子好生奇怪,即使是一个粒子,它也拼命的想表现出波的样子。科学家让一个个光子通过一条缝,然后在后面装上胶片,记录光子击中胶片的位置,按道理,这就该是一条线对吧,结果不,科学家发现一个个光子击中胶片的位置,最后整体上会形成条纹状的衍射图案。

科学家想,一个光子总不可能同时通过两条缝吧,于是他们在那条缝的边上又加上一条缝,同样让光子一个个的通过这两条缝,按道理一个光子总不能既走左边又走右边吧,但是,我的上帝啊,科学家在胶片上看到的,是典型的波才会出现的双缝干涉图案。

于是,爱因斯坦出马了,他说,既然这样,让我们来做一个思想实验吧,假设光子飞行的距离足够长,我们又能很快的打开或者关闭这两条缝,当我们发射一个光子,然后确认它已经飞行过了这两条缝之一,但是还没到达胶片的时候,我们关闭或者打开这条缝,按道理,光子没可能知道在它身后是双缝还是单缝对吧,因为光速已经是世界上最快的速度了。

爱因斯坦得出结论,量子力学一定有问题,不然按照这个思想实验,就算你在光子飞过之后,把双缝变成单缝,形成的肯定还是双缝干涉图案,但是量子力学说,no,飞过之后你改成双缝,形成的就是双缝衍射图案,这怎么可能嘛。

这就是著名的epr悖论,爱因斯坦.波多尔斯基.罗森三人联合发表的论文,当然,这是非常通俗的说法了,后来,贝尔通过概率不等式方法,把这个思想实验变得可以实际进行了,再后来,1981年的时候,阿斯佩克等人,成功的把这个思想实验居然做出来了,做出来了!

实验结果一定会让爱因斯坦失望了,光子真的知道在它身后发生了什么,你在我后面关掉一条缝,我就表现为衍射,你在我后面打开一条缝我就表现为干涉。。。

所有的物理学家都面临一个艰难的抉择,要么,a承认光速不是最快的速度,超光速是存在的,要么,b承认在某些量子层面上,我们所面临的世界是不能被理解的。当然,几乎所有的物理学家都选择了b,好吧,我们不能理解,但是我们可以计算,我们还有概率。

再后来,物理学家让一对光子分开,光子的总自旋为零,意味着一个是左旋,另外一个一定是右旋。其中一个飞往卫星,另外一个留在地球上,当我们测量其中一个光子的自旋的时候,如果其中一个是左旋,那么另外一个不管相隔多远,卫星上也好,甚至宇宙的另一边也好,肯定就是右旋了。

这就是所谓的量子纠缠,但是注意,量子纠缠是不能直接用来传递信息的,因为人们只能测量其中一个光子的自旋,而不能控制它,在测量之前,你是不知道它到底是左旋还是右旋的,所以这里面还是没有超光速的信息传递这种东西存在。

这种量子层面的纠缠,比较明确的用途是用来安全的分发密钥,我测量到左右左右左左右右,用二进制表示就是01010011,那么另外一边就一定是10101100l了,这个过程是完全无法窃听的,没有什么窃听手段能够不影响量子纠缠的结果。。。

巴拉巴拉说了这么多,其实就是为了一句话,”光既是波也是粒子,光的波长越短,光子的能量越高“。

回到王一男面临的问题上,要制造芯片,最简单的方案是把芯片印出来,可以理解为用光作为油墨,用硅作为白纸,这就是所谓的光刻机了。衡量光刻机性能的指标,是它所能刻录的硅线条的最小宽度,而这个最小宽度又是由光刻机所使用的光的波长决定的,显然,使用的光波长越短,能刻录的线宽就越窄。

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