《星球大戰(zhàn)》中的物理學(xué):原力有可能真的存在嗎?

2017/12/27 8:11:03 來(lái)源:新浪科技 作者:任天 責(zé)編:騎士

北京時(shí)間12月27日消息,據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道,在《星球大戰(zhàn):最后的絕地武士》(Star Wars:The Last Jedi)上映之時(shí),許多人在銀幕上都見(jiàn)到了女主角蕾伊向年老而又孤獨(dú)的盧克·天行者學(xué)習(xí)如何掌握原力的場(chǎng)景。在觀影的同時(shí),有人也提出了一些顯而易見(jiàn)而又歷久彌新的問(wèn)題:科學(xué)上,特別是量子力學(xué)中是否有類(lèi)似原力的東西存在?物體能否在遠(yuǎn)距離上被突然操控?

答案,或許就在現(xiàn)代物理學(xué)中。

在最初的《星球大戰(zhàn)》電影中,歐比旺·克諾比對(duì)盧克·天行者說(shuō),原力“環(huán)繞在我們周?chē)?,滲透我們;有著凝聚整個(gè)星系的能量”。

現(xiàn)代物理學(xué)家已經(jīng)知道,宇宙中存在4種基本力(又稱(chēng)基本相互作用):強(qiáng)核力、弱核力、電磁力和重力。從最微小的原子,到龐大的行星,這4種基本力都在連接宇宙物質(zhì)中扮演著重要角色。

不過(guò),它們可能都不是我們所要尋找的“原力”。歐比旺·克諾比、尤達(dá)大師和盧克·天行者,他們都可以用精神來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)距離的心靈感應(yīng)并移動(dòng)物體。

這些有可能嗎?如何用物理學(xué)定律來(lái)評(píng)價(jià)這一切?

對(duì)于交流的速度能有多快,愛(ài)因斯坦的相對(duì)論給出了限制,而終極的速度限制就是光速。因此,如果你想把帝國(guó)進(jìn)攻的消息傳遞給奧德蘭的居民,那將不可避免地出現(xiàn)延遲,因?yàn)榧词故切畔⒁怨馑賯鞑?,也還是需要時(shí)間的。

那么,對(duì)于遠(yuǎn)距離的信息傳遞,量子力學(xué)又會(huì)怎么說(shuō)呢?我們還是不能突破愛(ài)因斯坦的光速限制,就算有千年隼號(hào)也不行。在電影中,韓·索羅說(shuō)千年隼號(hào)可以在12秒差距(parsec)內(nèi)完成一次科舍爾星球走私航程,然而秒差距是一個(gè)距離單位(1秒差距相當(dāng)于3.26光年),而不是時(shí)間單位。

黛西·雷德利在《星球大戰(zhàn):最后的絕地武士》中扮演女主角蕾伊

不過(guò),通過(guò)一個(gè)量子力學(xué)把戲,你可以用一種特殊的方式把兩個(gè)粒子聯(lián)系起來(lái)。先把它們分開(kāi),然后觀察其中一個(gè)粒子對(duì)另一個(gè)粒子的效應(yīng)。盡管兩個(gè)粒子相隔很遠(yuǎn),但當(dāng)對(duì)其中一個(gè)粒子測(cè)量時(shí),另一個(gè)粒子似乎知道測(cè)量動(dòng)作的發(fā)生和結(jié)果。這種現(xiàn)象被稱(chēng)為量子糾纏(quantum entanglement),其詭異性要遠(yuǎn)勝于《星球大戰(zhàn)》創(chuàng)作者喬治·盧卡斯的任何想法。

量子糾纏可以在實(shí)驗(yàn)室里用光子進(jìn)行演示。當(dāng)兩個(gè)光子被分開(kāi)很長(zhǎng)距離時(shí),它們之間依然存在聯(lián)系。如果你測(cè)量其中一個(gè)光子,另一個(gè)光子的狀態(tài)也會(huì)發(fā)生改變,無(wú)論二者距離有多遠(yuǎn)。

愛(ài)因斯坦并不喜歡這一概念,他稱(chēng)之為“鬼魅般的超距作用”。然而,現(xiàn)代物理學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了量子糾纏的真實(shí)存在。

事實(shí)上,喬治·盧卡斯在撰寫(xiě)《星球大戰(zhàn)》的最初劇本時(shí)也受到了量子理論的影響。20世紀(jì)60年代晚期到70年代初,新紀(jì)元運(yùn)動(dòng)(New Age)的思想家提出量子糾纏就是一種將我們都聯(lián)系在一起的“力量”。

在物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中為人熟知的一點(diǎn)是,觀察者可能會(huì)與他們測(cè)量的物體發(fā)生“糾纏”,從而改變測(cè)量結(jié)果。這在某種程度上引出了我們都“糾纏”在一起的概念。

然而,這只是一個(gè)巧合。對(duì)于日常物體而言,量子糾纏的影響極為微弱。如果凱洛·倫是一個(gè)物理學(xué)家,他或許可以操縱幾個(gè)光子,使其量子糾纏,但若是想把激光束截停下來(lái),就要困難得多了。

不過(guò),在凝聚態(tài)物理學(xué)——研究物質(zhì)凝聚相的物理性質(zhì)——領(lǐng)域中,“糾纏”現(xiàn)象要更加普遍。固體物理學(xué)家研究的是數(shù)以十億計(jì)粒子的糾纏,他們往往能獲得一些非常新穎的結(jié)果,比如在超導(dǎo)領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)。一些新的現(xiàn)象,比如超導(dǎo)體懸浮在磁石上方的邁斯納效應(yīng),就是宏觀上電子的量子糾纏,或者說(shuō)是一種鬼魅般的超距作用“力”。而正是量子糾纏的“力”,也催生了所謂的新型“量子材料”。

從某種程度上,原力背后還是有一些真實(shí)的物理學(xué)基礎(chǔ)。量子糾纏在現(xiàn)代物理學(xué)中扮演著重要角色,也是物質(zhì)和能量之間建立聯(lián)系的方式之一。然而,我們很難在大尺度上達(dá)到量子糾纏,在活生物中進(jìn)行觀察就更困難了。

那么,原力能否被視為“一種所有生命體都能產(chǎn)生的能量場(chǎng)”?物理學(xué)家才剛剛開(kāi)始對(duì)生物學(xué)中的量子糾纏展開(kāi)研究,并開(kāi)辟了一個(gè)相對(duì)較新的領(lǐng)域——量子生物學(xué)。只有一些偶然的證據(jù)顯示,較大的生物分子可能會(huì)受到量子糾纏效應(yīng)的影響。

量子糾纏在生命過(guò)程中起到重要作用的概率似乎很低,但或許正如韓·索羅所說(shuō):“永遠(yuǎn)不要跟我說(shuō)幾率!”

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