《星球大战》物理学:原力有可能真的存在吗?

2017-12-27 09:51:00 作者:cao 分类 : 新闻中心

  12月27日消息,据国外媒体报道,在《星球大战:最后的绝地武士》(Star Wars: The Last Jedi)上映之时,许多人在银幕上都见到了女主角蕾伊向年老而又孤独的卢克·天行者学习如何掌握原力的场景。在观影的同时,有人也提出了一些显而易见而又历久弥新的问题:科学上,特别是量子力学中是否有类似原力的东西存在?物体能否在远距离上被突然操控?

  答案,或许就在现代物理学中。

  在最初的《星球大战》电影中,欧比旺·克诺比对卢克·天行者说,原力“环绕在我们周围,渗透我们;有着凝聚整个星系的能量”。

  现代物理学家已经知道,宇宙中存在4种基本力(又称基本相互作用):强核力、弱核力、电磁力和重力。从最微小的原子,到庞大的行星,这4种基本力都在连接宇宙物质中扮演着重要角色。

  不过,它们可能都不我们所要寻找的“原力”。欧比旺·克诺比、尤达大师和卢克·天行者,他们都可以用精神来进行远距离的心灵感应并移动物体。

  这些有可能吗?如何用物理学定律来评价这一切?

  对于交流的速度能有多快,爱因斯坦的相对论给出了限制,而终极的速度限制就是光速。因此,如果你想把帝国进攻的消息传递给奥德兰的居民,那将不可避免地出现延迟,因为即使是信息以光速传播,也还是需要时间的。

  那么,对于远距离的信息传递,量子力学又会怎么说呢?我们还是不能突破爱因斯坦的光速限制,就算有千年隼号也不行。在电影中,韩·索罗说千年隼号可以在12秒差距(parsec)内完成一次科舍尔星球走私航程,然而秒差距是一个距离单位(1秒差距相当于3.26光年),而不是时间单位。

  

黛西·雷德利在《星球大战:最后的绝地武士》中扮演女主角蕾伊

黛西·雷德利在《星球大战:最后的绝地武士》中扮演女主角蕾伊

  不过,通过一个量子力学把,你可以用一种特殊的方式把两个粒子联系起来。先把它们分开,然后观察其中一个粒子对另一个粒子的效应。尽管两个粒子相隔很远,但当对其中一个粒子测量时,另一个粒子似乎知道测量动作的发生和结果。这种现象被称为量子纠缠(quantum entanglement),其诡异性要远胜于《星球大战》创作者乔治·卢卡斯的任何想法。

  量子纠缠可以在实验室里用光子进行演示。当两个光子被分开很长距离时,它们之间依然存在联系。如果你测量其中一个光子,另一个光子的状态也会发生改变,无论二者距离有多远。

  爱因斯坦并不喜欢这一概念,他称之为“鬼魅般的超距作用”。然而,现代物理学实验已经证明了量子纠缠的真实存在。

  事实上,乔治·卢卡斯在撰写《星球大战》的最初剧本时也受到了量子理论的影响。20世纪60年代晚期到70年代初,新纪元运动(New Age)的思想家提出量子纠缠就是一种将我们都联系在一起的“力量”。

  在物理学实验中为人熟知的一点是,观察者可能会与他们测量的物体发生“纠缠”,从而改变测量结果。这在某种程度上引出了我们都“纠缠”在一起的概念。

  然而,这只是一个巧合。对于日常物体而言,量子纠缠的影响极为微弱。如果凯洛·伦是一个物理学家,他或许可以操纵几个光子,使其量子纠缠,但若是想把激光束截停下来,就要困难得多了。

  不过,在凝聚态物理学——研究物质凝聚相的物理性质——领域中,“纠缠”现象要更加普遍。固体物理学家研究的是数以十亿计粒子的纠缠,他们往往能获得一些非常新颖的结果,比如在超导领域的发现。一些新的现象,比如超导体悬浮在磁石上方的迈斯纳效应,就是宏观上电子的量子纠缠,或者说是一种鬼魅般的超距作用“力”。而正是量子纠缠的“力”,也催生了所谓的新型“量子材料”。

  从某种程度上,原力背后还是有一些真实的物理学基础。量子纠缠在现代物理学中扮演着重要角色,也是物质和能量之间建立联系的方式之一。然而,我们很难在大尺度上达到量子纠缠,在活生物中进行观察就更困难了。

  那么,原力能否被视为“一种所有生命体都能产生的能量场”?物理学家才刚刚开始对生物学中的量子纠缠展开研究,并开辟了一个相对较新的领域——量子生物学。只有一些偶然的证据显示,较大的生物分子可能会受到量子纠缠效应的影响。

  量子纠缠在生命过程中起到重要作用的概率似乎很低,但或许正如韩·索罗所说:“永远不要跟我说几率!”(

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