这个世界是如何运行的?

现在物理学给出了一个非常简洁的答案,总共就三句话,
第一句话:地球上所有常见的自然现象都是由电磁力和引力驱动的。
我们都知道,总共有四种基本作用力,其中强力和弱力只在原子核里面起作用,在地球上只有核武器、放射性或者高能物理实验室这些极端的环境才会用到强力和弱力,其他地方都是有电磁力和引力主宰的。
我们讲过生活中你见过的所有类型的力,除了重力以外,其他的力归根结底都是电磁力,比如说,拉力、弹力、摩擦力、支持力、浮力,本质上都是电磁力。
声音、电、磁、光、颜色、热传递、化学反应,归根到底也来源于电磁力。
风雨雷电、地震、火山爆发等所有自然现象都是在电磁力和引力的驱动下进行的,电磁力和引力的数学公式是这样的,电磁力对应着量子电动力学公式,引力对应着广义相对论公式。
我们初中,高中,大学学的几乎所有的物理理论都在以上这两个公式里。
比如说欧姆定律,福利公式,杠杆原理,牛顿运动三大定理,麦克斯韦方程,薛定谔方程等等,通通都在这两个公式里面。
地球上所有物质的运动都必须严格遵守这两个公式。
因此地球上所有的现象都是由电磁力和引力驱动的。
我们可以进一步思考一下,上次我们讲过自然法则必须用严格的数学来描述,你说这两个公式像不像近似简略版的"自然法则"?
第二句话,地球上所有稳定存在的物质都是有上夸克、下夸克、电子三种基本粒子组成的,没有其他东西,只有这三种基本粒子(才能组成稳定存在的物质)。
第三句话,对称破缺造就了这个多姿多彩的世界。

我们都知道,物理学是化学的基础,化学是生命科学的基础,生命科学是社会学的基础。
那你有没有思考过这些学科之间是怎么连接起来的呢?
其实,现代科学对这个问题还没有共识,有一种主流的答案是:对称破缺。
什么是"对称破缺"?
当外界环境的变化达到一定阈值就会出现"临界点",系统会由原来的"高对称"变成"低对称的稳定有序状态"。
简单来说,"对称破缺"就是马克思说的"量变引起了质变",马克思是用模糊的哲学语言来描述的,但是"对称破缺"是用精确的数学语言来描述的。
举个例子,水蒸气凝结成水、水又结冰就是两次因为温度变化而发生"对称破缺"的过程。
因为在冰里面水分子移动"整数格"后冰能保持不变(对称),但是在水蒸气里面,水分子移动"任意距离"后,水蒸气都能保持不变(对称)。
比如说移动半格、1/3格都行。
因此,水蒸气比冰有更高的空间连续平移对称性。
水蒸气里的分子是杂乱无章的但是冰里面的分子排列比较有秩序,因此水蒸气冷却成冰是牺牲了连续平移对称性,换来了更加有秩序。
像这样的例子还有很多很多很多,比如说时间繁衍对称破缺产生了磁铁的有序结构,相位对称破缺产生了超流体等等。
总之一句话,对称破缺能让系统变得更加有秩序。
物理学最大的一个分支是凝聚态物理,凝聚态物理连接着物理学、化学、生命科学和材料学。
凝聚态物理的奠基人anderson说过对称不能连续变化是凝聚态物理的第一定理,因此凝聚态物理的核心是"对称破缺",所以对称破缺是物理学化,学生科学和材料学之间的桥梁。

举个例子,碳/氢/氧原子的对称性要高于氨基酸,于是在特殊条件下碳/氢/氧原子会"对称破缺"到更有秩序的"氨基酸",氨基酸的对称性要高于蛋白质,于是在特殊条件下,"氨基酸"也会对称破缺到更有秩序的"蛋白质",就这样从物理学的化学再到生命科学,对称性不断降低,但是越来越复杂,越来越有秩序。
这同时也解决了另外一个重大的问题,我们都知道,物理学里面有很多放之四海皆准的理论,比如说能量守恒定律,动量守恒定律在哪里都正确,但是化学里面(几乎)没有一个统一的理论或公式,化学里(几乎)所有的理论都有"例外",比如说元素周期律经常出现例外,再比如有马氏,也有反马氏,有芳香性,也有反芳香性等等。
化学理论充满了各种"例外"。
生命科学和社会学就更惨了,靠谱的(统一性的)理论都没几个,为什么从物理学到社会学统一性的理论越来越少?
就是因为从物理学到社会学,对称性不断破缺,对称性越来越低。
以前我们讲过诺特定理,对称和守恒一一对应,对称性越低"守恒性"就越差,理论的适用范围就越小,所以生命科学和社会学的理论准确率都不高。
宇宙大爆炸的起始点对称性极高,之后对称破缺成了四种基本作用力之后电磁力继续破缺形成了"凝聚态物理",而"凝聚态物理"又连接着化学和分子生物学,就这样从宇宙大爆炸开始一层层的对称破缺下去,就形成了我们这个多姿多彩的世界。
最后,总结一下。
从物质角度观察,上夸克、下夸克和电子组成了地球上所有常见的物质;
从能量角度观察,"电磁力和引力"驱动着地球上所有常见物质的运动;
从信息角度观察,对称和对称破缺一层层的塑造了这个多姿多彩的世界。
这个世界是如何运行的?这就是现代物理学给出的答案!
当然了,在这篇文章中我们只分析了地球上常见的物质和常见的现象,因此这三句话只是简略版的答案,如果扩展到宇宙所有的物质和所有的现象就需要完整版的答案。
网络上随处可见这样的说法:“两个纠缠粒子相隔亿万光年,状态仍能瞬间同步,实现超光速通信,颠覆相对论!” 很多人看完都一头雾水:量子纠缠的瞬时联动,看着明明是超光速,为什么科学界一直说不违反相对论? 今天我们就用零基础能看懂的逻辑,拆解量子纠缠最核心的特性——非定域性。
一次性讲透:量子非定域性是真的、量子纠缠的超距关联是真的,但它绝对不等于超光速传信。
读完这篇,你就能避开90%的量子力学科普误区。
一、什么是量子非定域性?量子世界的“超距关联” 在我们熟悉的经典物理世界里,一切作用都遵循定域性原理。
简单来说:一个物体只能被它周围的环境、接触的力所影响,不存在隔空瞬时作用。
所有能量、信息、力的传递,都需要介质、需要时间,且速度无法超越光速。
这也是经典物理学和相对论的底层基石。
但量子世界彻底打破了这个规则,诞生了量子力学的核心特性——非定域性。
所谓量子非定域性,指的是处于纠缠态的两个量子粒子,会形成一种绝对的超距内禀关联。
无论两个粒子相距几公里、几光年、甚至亿万光年,没有任何物理介质连接,不受电磁、引力屏蔽影响,只要对其中一个粒子进行测量,另一个粒子的量子状态会瞬间同步坍缩、瞬间对应变化。
当年爱因斯坦首次发现这种诡异特性时,直呼其为“幽灵般的超距作用”,甚至一度质疑量子力学理论并不完备。
而近百年的无数实验(贝尔实验、阿斯佩实验等)反复证实:量子非定域性是真实存在的物理现象,不是理论假设,不是科学猜想。
这也是量子纠缠最神奇、最区别于经典世界的核心本质。
没有非定域性,就没有量子纠缠,更没有后续的量子通信、量子计算技术。
二、大众最大误区:把“瞬时关联”当成“超光速传信” 既然粒子状态能瞬间联动,速度远超光速,为什么不能实现超光速通信? 这是所有量子误区的根源:混淆了量子关联和信息传递。
我们必须分清两个完全不同的概念:状态关联和有效信号传输。
很多科普营销号的错误逻辑很简单:粒子状态瞬间变化=信息瞬间传递=超光速。
但从严谨的量子力学角度来看,这完全不成立,核心原因有两点: 1. 量子测量结果是完全随机、不可控的 纠缠粒子的状态同步,是随机结果的关联匹配,而非人为可控的信号输出。
举个通俗的例子:我们将一对纠缠光子拆分,A光子留在地球,B光子送往比邻星(4.2光年外)。
当我们测量地球的A光子时,会随机得到一个状态(比如自旋向上),此时比邻星的B光子会瞬间固定为对应状态(自旋向下)。
重点来了:我们无法控制A光子的测量结果。
我们不能人为让它固定为“向上”或“向下”,每一次测量的结果都是纯随机、不可预判、不可操控的。
而人类的“通信传信”,核心是可控编码。
我们发微信、打电话、传数据,本质是主动输出固定信息(0和1、文字、信号),对方接收后能获取有效内容。
随机、不可控的状态变化,无法编码任何有效信息,自然算不上信号传输。
2. 关联结果必须靠经典通信验证,无法独立传信 两地的纠缠粒子状态,虽然是瞬时同步的,但两端的观测者单独看自己的粒子,只能看到一堆杂乱随机的数据,完全看不出任何关联规律。
只有当两地观测者通过经典通信方式(光速及以下),核对、比对各自的测量数据后,才能发现:两组随机数据完美匹配、存在绝对关联。
也就是说:量子纠缠只提供了“关联可能性”,完整的信息验证、信息交互,依然受制于光速极限。
这也是量子力学无通信定理的核心结论:量子非定域关联无法用于超光速传递任何有效信息,不突破相对论光速壁垒。
三、权威定论:非定域真实存在,相对论依然不可推翻 看到这里大家就能明白:爱因斯坦当年忌惮的“超光速悖论”,其实根本不存在。
我们可以记住两个绝对严谨、经过实验验证的核心结论: 1.量子非定域性真实有效:纠缠粒子的超距瞬时关联是客观物理事实,经典定域性原理在量子尺度完全失效; 2.无超光速信号、无因果崩塌:量子纠缠不传递信息、不传递能量、不改变因果关系,完全兼容狭义相对论。
很多人会疑惑:既然不能超光速传信,为什么还要研究量子纠缠、量子通信? 这里再纠正一个关键误区:量子通信不是“超光速通信”。
量子通信的核心价值,不是提速,而是加密。
依靠量子纠缠的非定域关联特性,实现密钥的绝对安全分发,一旦信息被窃听、拦截,量子状态会立刻坍缩,被双方精准察觉,从物理层面杜绝窃听可能。
而我们常听到的量子隐形传态技术,同样需要经典通信配合,整体传输速度依然无法超越光速,从未突破物理规则。
四、通俗总结:一句话分清核心逻辑 最后用最简单的话帮大家彻底理清: •量子非定域性:粒子状态的瞬时超距关联(真实物理现象) •超光速信号:可控有效信息的超光速传输(物理上不可能) 量子纠缠的“瞬间联动”,是量子系统本身的内禀属性,不是能量、信息的传递。
它惊艳、颠覆认知,但绝不违背现代物理学的底层规则。
之所以网上“量子超光速”“量子颠覆相对论”的谣言满天飞,本质都是混淆了“状态关联”和“信息传输”两个基础概念。
量子力学是人类目前最精准、最成熟的物理理论之一,它神奇但不玄幻,颠覆常识但绝不违背严谨的科学规律。
很多看似“打破常理”的量子现象,背后都有一套完整、经过百年实验验证的逻辑。
希望这篇文章,能帮你跳出碎片化科普的误区,读懂量子纠缠最核心的真相。
如果你还想了解量子密钥分发、贝尔实验、量子隐形传态的具体原理,或者想解锁更多反常识但真实的量子科普,欢迎在评论区留言交流!
这种无视距离、超越光速的联动,难道不就是打破了相对论的光速限制?未来人类真的能实现超光速通讯、星际实时传信吗? 网上大量科普将量子纠缠吹捧为“超光速黑科技”,实则是对物理底层规则的巨大误解。
今天我们就依靠经典局域性原理+量子力学权威结论,一次性彻底讲透:量子纠缠有超距关联,但永远无法实现超光速传递信息。
读完这篇,你将彻底跳出量子力学的网红误区,看懂宇宙最硬核的底层规则。
一、宇宙底层铁律:到底什么是局域性原理? 想要解开疑惑,首先要搞懂整个物理学的基石——局域性原理(定域性原理)。
这是狭义相对论、经典场论的核心准则,也是宇宙约束信息传递的终极规则,我们可以通俗、精准地拆解为两点: 1.万物只受近处的影响,不存在隔空瞬时作用 宇宙中所有物理作用、能量传递、场的影响,都需要在临近空间完成。
一个物体不可能瞬间对亿万光年外的物体产生干预,不存在无过程、无介质、无延迟的超距作用。
2.有效信息、能量的传递,绝对不能超光速 这是最关键的核心:光速限制的从来不是“粒子关联”,而是“可控信息与能量的传递”。
很多人混淆了重点:相对论从未禁止“状态同步”,只严格禁止携带有效内容、可以被人类编码解读、能改变因果的信息超光速传播。
简单总结一句人话:能用来发消息、传指令、改结果的东西,一律跑不过光速;单纯的物理状态关联,不受光速约束。
这也是量子纠缠所有争议的破局关键点。
二、通俗读懂:量子纠缠的真实运行逻辑 很多谣言的源头,是大家对量子纠缠的理解完全失真。
真实的量子纠缠,不是两个粒子“互相通讯”,而是两个粒子从诞生之初,就属于同一个量子整体系统。
我们用最标准的自旋纠缠模型举例: 一对总自旋为0的纠缠粒子,必然自旋相反、状态绑定。
在没有观测、没有退相干之前,两个粒子都处于量子叠加态,自旋向上、向下同时存在,状态完全不确定。
当我们在地球观测粒子A,粒子A的叠加态瞬间坍缩,确定出一个随机自旋状态;与此同时,远在光年外的粒子B,会瞬间对应坍缩出相反状态。
从视觉效果上看:跨光年距离,状态零延迟同步。
爱因斯坦当年将其称为“鬼魅般的超距作用”,也正因这个诡异现象,诞生了著名的EPR佯谬,困扰物理学界数十年。
但重点来了:同步 ≠ 通讯,关联 ≠ 传信。
三、核心辟谣:超距关联,为什么带不动任何信息? 这是全文最硬核、最需要记住的知识点,也是中科院物理所、量子实验室的统一结论:量子纠缠的瞬时坍缩,无法承载任何有效信息。
原因有三个,每一个都直接锁死超光速通讯的可能: 1. 观测结果是绝对真随机,人类完全无法控制 量子力学的核心特性就是测量随机性。
我们观测纠缠粒子,得到的自旋状态是完全随机、不可预判、不可操控的。
你无法指定这次观测是“正”、下次是“负”,粒子的坍缩结果不受人为干预。
而信息的本质,是可控的有序信号。
如果结果全是随机乱码,没有任何规律、无法人为编码,就不存在传递信息的基础。
2. 接收方无法单独感知“变化” 很多人误以为:粒子状态变了,对面就能立刻发现。
事实恰恰相反:单独观测远方的纠缠粒子,看不出任何变化、任何异常。
接收方在没有和发送方核对数据的情况下,只能得到一串毫无规律的随机结果,完全无法判断: 是原本的随机状态,还是因为对方观测导致的坍缩。
想要验证二者的关联,必须依靠光速以内的经典通讯方式核对数据,这一步直接锁死了超光速的可能。
3. 无能量、无介质传输,不构成物理通讯 所有有效信息传递,必然伴随能量交换、物理信号传输。
而量子纠缠的状态坍缩过程,全程没有能量传递、没有粒子传输、没有场的交互。
它只是一个整体量子系统的状态确定过程,没有任何物理量跨越空间传播,自然不属于相对论禁止的“超光速信息传递”。
四、贝尔实验定论:分清“非局域关联”与“超光速传信” 很多人疑惑:既然不能传信,为什么科学界一直说量子纠缠有非局域性? 这里藏着最大的概念误区,也是2022年诺贝尔物理学奖的核心结论: 数十年无数次无漏洞贝尔不等式实验彻底证明: 1.量子世界不存在经典隐变量,粒子的关联不是提前设定好的; 2.量子纠缠确实拥有非局域关联特性,远超经典物理认知; 3.非局域关联绝对不等于非局域通讯。
实验只证明了“粒子状态可以超距同步”,从未证明可以超光速传信。
局域性原理对“信息、能量、因果”的约束,自始至终完好有效,相对论和量子力学在这里根本不冲突。
五、日常答疑:墨子号量子通讯,是超光速通讯吗? 这是大众最高频的误区:我国的墨子号量子卫星、量子通信网络,难道不是量子超光速通讯? 统一、标准、权威答案:完全不是。
1.量子通信的有效信息载体依旧是传统电磁波,传输速度严格等于光速; 2.量子纠缠在通信中不传输内容、只传输密钥,负责加密、防窃听、检测窃听; 3.量子通信的核心优势是绝对安全,不是速度更快,全程没有任何超光速行为。
所谓量子通讯,是“量子加密+经典传信”的组合技术,和大众想象的“瞬间跨星际传信”毫无关系。
六、结尾:读懂局域性,才算入门量子力学 总结全文所有核心结论,帮大家彻底清零误区: 1.量子纠缠确实存在超距、瞬时的状态关联,颠覆经典物理直觉; 2.这种关联是纯量子特性,无能量、无信息、无因果传递; 3.局域性原理依然是宇宙铁律,有效信息永远无法超光速传播; 4.量子力学和狭义相对论并不矛盾,矛盾的只是大众的错误解读。
量子世界的浪漫与神奇,从来不是打破物理规则,而是让我们看见宇宙更深层、更精妙的运行逻辑。
所谓的“超光速谣言”,只是我们用经典思维,强行解读量子世界的结果。