科学松鼠会 » Sheldon http://songshuhui.net 剥开科学的坚果,让科学流行起来 Tue, 17 Oct 2017 23:06:52 +0000 zh-CN hourly 1 http://wordpress.org/?v=4.3.12 http://songshuhui.net/wp-content/uploads/cropped-songshuhui-32x32.jpg » Sheldon http://songshuhui.net 32 32 漫画 | 物理什么的我不听,我要听引力波的10个八卦! http://songshuhui.net/archives/98842 http://songshuhui.net/archives/98842#comments Tue, 17 Oct 2017 23:06:52 +0000 http://songshuhui.net/?p=98842 本文作者:Sheldon

1联合标题头

2017诺奖物理学奖0

 

2017年诺贝尔物理学奖,
授予美国物理学家
雷纳·韦斯、巴里·巴瑞希
和吉普·索纳,
以表彰他们直接探测到了引力波。

1封面

 

OK,本次诺奖解读到此结束。
下面进入八卦时间,
咱们就来唠一唠引力波的10个八卦!

 

啥是引力波?

中学物理课之牛魔王牛顿听说过吧?就是他,提出了万有引力理论。这种理论认为,时间和空间是绝对不变的,就好比一种施工质量爆表的舞台。舞台上的物质演员不论怎么蹦跶,都不会影响舞台本身的形状。

2017诺奖物理学奖2

但是,爱因斯坦不同意了。根据广义相对论,时间和空间做成的舞台,其实是个豆腐渣工程!舞台上的物质演员,稍微动弹一下,舞台就压变形了。

2017诺奖物理学奖3

如果物质演员动作太大,整个时空舞台就会跟着一起晃。一边晃,还会向四面八方传播,让整个宇宙跟着一起晃。这就是:

2017诺奖物理学奖4

爱因斯坦曾因不信引力波而被拒稿

引力波是爱因斯坦的广义相对论的一大预言,可是你知道吗?引力波刚算出来的时候,爱因斯坦自己都不信!

1936年,爱因斯坦和助手罗森,给美国期刊《物理评论》投了一个稿子,说“引力波不存在”。因为他们觉得,引力波的数学公式在忽悠他们,引力波应该不是真的。

结果,论文被审稿人拒了。

2017诺奖物理学奖5

爱因斯坦气坏啦。因为他以前在欧洲期刊混时,从没听说过写稿还要找人审稿。于是,他对编辑说:

2017诺奖物理学奖6

结果,爱因斯坦把稿子撤回来,找了一本欧洲期刊《富兰克林研究所杂志》,打算发表。眼看稿子开始校对,就要发表了,一位美国物理学家忽然让爱因斯坦想通了。

爱因斯坦连忙在文加了一句“感谢我的同事罗伯特逊教授在澄清原文中的错误时给予的亲切帮助”。这才避免犯下大错!

2017诺奖物理学奖7

引力波是真实存在的吗?

 

想当年,物理学家都觉得引力波是真实存在的,但不知道怎么说才说的有理。

1957年,著名风流物理学家费曼提出了一个例子。

假如有一根粗糙的棍子,棍子上有一滴水珠。当引力波经过这个棍子时,由于时空乱震,水珠也会跟着震,进而跟棍子产生摩擦。摩擦生热。但这热量是从哪儿来的呢?只能是从引力波来。所以,费曼证明,引力波带有能量,是真实存在的。

2017诺奖物理学奖8

引力波的能量从哪儿来?

爱因斯坦有个公式,叫做E=mc^2。说的是物质的质量可以转化成能量,反之亦然。

科学家探测到的引力波的能量,通常就是从天体的质量转化来的。比如,在LIGO的探测实验中,一个黑洞,质量是太阳的29倍,还有一个黑洞,质量是太阳的36倍太阳,俩黑洞转着转着突然合体了!成了一个质量为62倍太阳的黑洞。

2017诺奖物理学奖9

29+36-62=3,也就是说,在这次合体中,相当于3倍太阳质量的物质转化成了能量,以引力波的形式震出来了。

引力波长什么样?

这种扭来扭曲的东东就是引力波。

2017诺奖物理学奖10

2017诺奖物理学奖11

2017诺奖物理学奖12

这种不断蠕动的东西是什么鬼?这才是引力波!引力波就是这幅模样!

2017诺奖物理学奖13

垂直传播轴,切开引力波空间的剖面,你就明白啦。引力波就是把一堆小点点挤扁、拉长、再挤扁、再拉长的波。这些小点点代表的是空间形状,所以说,引力波的效果之一是让空间扭曲。

2017诺奖物理学奖14

比方说,如果一股来自宇宙的引力波经过地球,LIGO实验4千米长的实验臂,就会由于空间的弯曲,一会儿变长一会儿变短。变化的幅度特别小,只有质子直径的万分之一。

2017诺奖物理学奖15

如果把LIGO的实验臂变成几光年长,比如4.2光年长,也就是地球到比邻星的距离,那么引力波引起的长度变化,也只有一根头发丝那么细。

引力波会被吸收吗?

引力波的能量非常难被吸收。换句话说,引力波的穿透性非常好。

如果把4000个宇宙首尾相连,在其中堆满番茄酱(因为宇宙空间大部分是真空),当一个引力波穿过之后,也不过才损失了1%的能量。顺便提一下,这个过程需要花上400万亿年。

2017诺奖物理学奖16

所以,我觉得完全不用买淘宝上的防引力波辐射服。

《三体》中设想的引力波天线可以实现吗?

物理学家李淼曾经设想,有一种密度极高的细丝,叫做宇宙弦,可以做成《三体》中那种引力波天线。

宇宙弦像头发丝一样细,每厘米的重量是10万吨。你拨动它一下,它每秒辐射的能量相当于1万颗美军投下的原子弹的能量。

2017诺奖物理学奖17

以前有没有人探测到引力波?

上世纪50、60年代,美国物理学家韦伯曾经造了一根直径1米、长度2米、质量1吨的圆柱形铝棒,叫做韦伯棒,用来探测引力波。

2017诺奖物理学奖18

1969年,韦伯宣称,他放置在两个不同地方的韦伯棒,同时测到了引力波信号。其他科学家赶紧跟风测引力波,但是他们都没有测出来。于是,很多人开始怀疑韦伯是骗子。

后来还有没有人探测引力波?

从1984年起,基普·索恩、已故的罗纳德·德雷福和雷纳·韦斯开始打算建一个引力波探测器,也就是今天的主角LIGO探测器。

2015年,LIGO正准备开始探测引力波。结果在9月14日时,他们就成功探测到了引力波。

2017诺奖物理学奖19

就在2017年9月底,意大利引力波探测器Virgo宣称,他们和LIGO一起,探测到了第三个引力波事件。

Virgo在星座达人眼中的意思是:处女座

(以下为脑补:还记得“中微子超光速”事件吗?那次是粗心大意的意呆利人把电缆弄松了,所以,中微子根本没有超光速。这次他们吸取教训,用处女座三个字鞭策本国科学家,这才有了引力波实验的重要突破。

引力波拿过诺贝尔奖吗?

 

拿过!!!

1993年,美国物理学家约瑟夫·泰勒和拉塞尔·赫尔斯,因为间接发现了引力波,而获得了诺贝尔奖。他们是怎么间接发现的呢?

2017诺奖物理学奖20

2017诺奖物理学奖21

所以,约瑟夫·泰勒和拉塞尔·赫尔斯就是这样,间接地发现了引力波。

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漫画 | 解读2017诺贝尔生理学奖,如何制造一台生物钟? http://songshuhui.net/archives/98831 http://songshuhui.net/archives/98831#comments Sun, 15 Oct 2017 23:54:59 +0000 http://songshuhui.net/?p=98831 本文作者:Sheldon

1联合标题头

封面

2017诺奖生理学奖1

2017诺奖生理学奖2

2017诺奖生理学奖3

2017诺奖生理学奖4

2017诺奖生理学奖5

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漫画 | 那些年被拒稿过的诺奖研究... http://songshuhui.net/archives/98817 http://songshuhui.net/archives/98817#comments Tue, 10 Oct 2017 23:07:19 +0000 http://songshuhui.net/?p=98817 本文作者:Sheldon

标题头

在我国人民心中,
诺贝尔奖是十分高大上的存在。
诺奖级别的研究一出炉,
学术同行一定会肃然起敬,
吃瓜群众一定会顶礼膜拜。

导语动图

但实际上,
很多拿诺贝尔奖的研究,
在刚写成论文的时候,
跟学术圈的新手没什么两样,
不但发表不了,
而且被刻薄的审稿人怼得很惨。
2017年诺贝尔奖名单就要揭晓了。
我们盘点了39篇
那些年被拒稿过的诺奖研究。

那些年被拒稿过的诺奖研究 (1)

封面

那些年被拒稿过的诺奖研究 (2)

那些年被拒稿过的诺奖研究 (3)

那些年被拒稿过的诺奖研究 (4)

那些年被拒稿过的诺奖研究 (5)-new

越是重大的科学突破,
越是有可能超越了时代,
而无法被当时的同行顺利接受。
不管怎样,作为论文的作者,
如果真的认为自己的研究很有价值,
就应该坚持发出自己的声音。
据不完全统计,
全世界一共有39个拿了诺贝尔奖的研究,
曾经在投稿时被拒绝过。
当你的研究被拒绝发表时,
谁又能说得清楚
这是不是塞翁失马焉知非福呢?

那些年被拒稿过的诺奖研究 (6)

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策划:牛猫
美指:牛猫
绘制:赏鉴
排版:胡豆

参考文献:

  1. J. M. Campanario, Rejecting and resisting Nobel class discoveries: accounts by Nobel Laureates, Scientometrics, Vol. 81, No. 2 (2009)549-565.
  2. J. M. Campanario, Rejecting Nobel class articles and resisting Nobel class discoveries.
  3. https://www.nature.com/nature/journal/v425/n6959/full/425645a.html
  4. http://www.the-scientist.com/?articles.view/articleNo/28819/title/Nature-rejects-Krebs-s-paper--1937/
  5. https://www.sciencealert.com/these-8-papers-were-rejected-before-going-on-to-win-the-nobel-prize
  6. https://core.ac.uk/download/pdf/82356801.pdf
  7. https://majesticforest.wordpress.com/2014/08/15/papers-that-triumphed-over-their-rejections/
  8. E. Wigner, The Collected Works of Eugene Paul Wigner, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2001.
  9. http://physicsworld.com/cws/article/news/2011/oct/05/quasicrystal-discovery-bags-2011-chemistry-nobel
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漫画 | 内裤和袜子能一起洗吗? http://songshuhui.net/archives/98622 http://songshuhui.net/archives/98622#comments Fri, 29 Sep 2017 23:34:07 +0000 http://songshuhui.net/?p=98622 本文作者:Sheldon

标题头公众号用

夏天动不动就出汗,衣服也得每天洗,内裤和袜子分开洗实在太麻烦,不分开又怕致病菌找麻烦。那么问题来了,内裤和袜子到底能不能放一起洗呢?

封面900X500

内裤袜子 (1)

内裤袜子 (2)

内裤袜子 (3)

内裤袜子 (4)

内裤袜子 (5)

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对白:牛猫
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鸣谢(原文作者):陈语岚

注:
1.足癣是最常见的皮肤浅表真菌感染,通常是由红色毛癣菌引起的,它的症状可以是脚后跟的角质变厚、掉皮屑、长小红丘疹,也可以是脚趾间脱皮、有液体渗出来,通常还有一定程度的瘙痒。

足癣可以通过共用浴具、拖鞋等途径传播,因此非常常见,如果一个家庭里大家的拖鞋是共用的,那么常常会一个人得病,全家都脚痒,也有可能从脚上蔓延到趾甲上、手上、大腿上、屁股上……

2.红色毛癣菌假如被传播到(不管是别人的还是自己的)屁股上,可以引起另一种皮肤病,这种病叫做股癣。

股癣经常发生在大腿根部,有的形状像一个环,有的像一个弧,从皮肤上看会稍微有些鼓起,表面还经常会有鳞屑,有一定程度的瘙痒。到皮肤科轻轻刮一些皮屑拿到显微镜下观察,能看到红色毛癣菌的菌体或孢子,这点跟足癣一样,因此充分证明了它们就是同一种病原体引起的。

3.脚上的红色毛癣菌是怎么跑到屁股上去的?

抠脚后又去摸其他部位的皮肤,或者通过浴盆、毛巾等浴具,以及没有充分消毒的纺织品都可以沾染上红色毛癣菌

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漫画 | 量子传送能超过光速吗?能传送人的意识吗? http://songshuhui.net/archives/98633 http://songshuhui.net/archives/98633#comments Sun, 24 Sep 2017 23:11:52 +0000 http://songshuhui.net/?p=98633 本文作者:Sheldon

联合标题头

在量子通信、量子计算和科幻小说中,有一种神奇的状态扮演着重要的角色。

如果有一对粒子形成了这种状态,不论它们相距多远,只要你测量其中一个粒子,另一个粒子也会瞬间发生响应——在常人眼中,它们仿佛能够超越光速的限制,形成了一种“超光速的心灵感应”——就连爱因斯坦也无法透彻地理解这种概念,只好揶揄说,这是一种“鬼魅般的超距作用”。

在科幻小说《三体》中,这种状态更是成了推动小说情节发展的关键黑科技。借助这种状态,三体人再也不用担心光速的限制,能够从4.2光年外的老家,向地球瞬时传递信息,顺利完成在地球上扶植人奸的任务。

说到这儿,你可能想起来了,这种神秘的状态就是深受朋友圈伪科学文章欢迎的、让霍金的哥们罗杰•彭罗斯从一个正统科学家滑入民科深渊的“量子纠缠”。

在2017年初,量子卫星“墨子号”施展了一项关于量子纠缠的绝活:在1200千米的距离上,完成了量子纠缠光子对的分发实验。

量子卫星的另一项绝活也跟量子纠缠有关,这项绝活在科幻小说中的名字比量子纠缠还要响亮,叫做“量子传送”(它的学名叫做量子隐形传态)。

今天我们要说的是,中国科学家首次将地球上物质的量子状态,“传送”到了1400千米外的 “墨子号”量子卫星上。他们是怎么做到的呢?

封面

量子隐形传态 (1)

量子传送可不是你想象的那样:把人关进一个玻璃罩里,用一束光一照,嗖的一声,他就消失了。

量子隐形传态 (2)


然后在一千公里之外的太空,又有一束光一照,嗖的一声,那个人就传送好了。

量子隐形传态 (3)

你想的太美了,那是魔法传送,在科学上实现不了。

跟魔法传送相比,量子卫星完成的量子传送实验,有4个不一样的地方。

1. 量子传送不能凭空把物体传送到远处。它传送的是一个粒子的量子状态,而不是粒子本身。我们姑且把这个粒子叫作X。

量子隐形传态 (4)

量子传送的过程也不是凭空发生的,而是需要借助一个粒子(我们把它叫作A),将X的量子状态传送到远处另一个粒子(我们把它叫作B)的身上。在中国的地星量子隐形传态实验中,这三个粒子都是光子。

量子隐形传态 (5)

量子传送进行的时候,物质既没有凭空消失,也没有凭空出现。传送之前有三个粒子,传送之后还是三个粒子。只不过三个粒子的状态都变了。

2. 实验用到的粒子可不是随便选的。A和B在传送之前,必须先形成量子纠缠的状态。量子传送,就是利用A和B之间的量子纠缠,通过X和A的相互作用,将X的量子状态的一些特征,传送到遥远的B身上。

量子隐形传态 (6)

量子隐形传态 (7)

3.量子传送不能超越光速传递信息(爱因斯坦:读到此处,破涕为笑)。

你可能会问了,刚才不是说,“如果一对粒子发生了量子纠缠,只要你测量其中一个粒子,另一个粒子也会瞬间发生响应”吗?如果另一个粒子能够瞬间响应,难道不可以利用它超光速传递信息吗?

其实,之前提到的“另一个粒子瞬间发生响应”,并没有本质错误。当我们测量量子纠缠中的一个粒子时,另一个粒子的响应确实是超越光速瞬间产生的。但这种响应完全是一种掷骰子式的随机行为,根本不能用来传递信息

比方说,在量子传送中,当X和A产生相互作用的一刹那,量子力学就会犯它的老毛病,让“上帝”开始“掷骰子”(爱因斯坦:才下眉头,却上心头),随机产生4种结果中的1种!

量子隐形传态 (8)

此时,X的量子状态的一些特征,确实传送到B的身上。但在可能传送到B身上的4种结果中,有3种结果会以不同的方式将这些特征打乱,重新组合。

在每一次的量子传送实验中,“上帝”都会“掷骰子”,随机从4种传送结果中选1种。B到底会得到什么样的结果,科学家根本控制不了,所以是完全是随机产生的。

量子隐形传态 (9)

在物理学中,随机就意味着结果不确定,结果不确定就相当于说“不知道”,也就是说,在完全随机的结果中不包含任何确定的信息!

注:我们举一个简单的例子。假设你想问你的配偶,今晚有没有兴趣一起看Benenti的《量子计算和量子信息原理》?

量子隐形传态 (10)

他/她打算通过一对纠缠光子给你发送回答。在回答之前,你猜测,她有50%的概率说有,50%的概率说没有。

量子隐形传态 (11)

为了通过量子纠缠发送回答,他/她操纵了其中一个光子,导致“上帝掷了一次骰子”,使你随机得到另一个光子测量结果,每一种结果出现的概率各占50%。

量子隐形传态 (12)

因为“掷骰子”的过程完全是随机的,任何人都没法控制。所以不论他/她究竟想说什么,你都有50%的概率得到“有”,50%的概率得到“没有”。

量子隐形传态 (13)

也就是说,回答之前和回答之后没有任何区别。

量子隐形传态 (14)

在量子纠缠中,虽然远处的粒子对相互作用瞬间做出了响应,但响应的结果完全是随机的,不以人的意志为转移,结果什么信息都没有传递出来!

量子隐形传态 (15)

所以,量子传送并不能超光速传递信息(严格地说,是不能超光速传递经典信息),这是因为量子纠缠本身不能超光速传递信息。

也就是说,《三体》中设想的“通过量子纠缠从4.2光年外瞬间传递信息,从而扶植人奸”的设想是无法实现的。(大刘:哼~)

既然量子传送的结果是随机产生的,那么如何才能真正地将原先的X的量子状态,传送到远处的B身上呢?这就要说到量子传送的第4点不同。

4.量子传送必须通过打电话、发邮件等经典信息通道传输测量的结果,才能真正完成传送。

原来,在X和A发生相互作用的一刹那,X和A这两个光子也会随机进入一种新的状态,这个状态也是随机地四选一,跟B光子的四选一完全对应。

量子隐形传态 (16)

为了完成量子传送,在X和A附近的科学家必须检查这两个光子到底进入了哪个状态,然后把这个状态结果通过打电话、发邮件等不可超过光速的通信方式,告诉远在B粒子处的另一个科学家。

量子隐形传态 (17)

另一个科学家了解了X和A的状态信息后,就能知道B粒子身上接收到X的特征发生了哪些变化,就可以有针对性地对B粒子进行操作,从而将X最原始的量子状态还原出来,使得X的状态成功传送到B粒子的身上。

量子隐形传态 (18)

在整个传送的过程中,两边的科学家可以自始至终都不知道原先的粒子X处于什么样的量子状态。由于漫画的创作需要,我们把粒子X的状态画成了“白鹤亮翅”。但实际上,它可以是任何状态,只要量子力学允许就可以,而且科学家可以完全不知道它处于哪个状态。

不管X处于什么状态,只要按照上面说过的步骤,一步一步操作,科学家就可以把它传送到遥远的粒子B身上。

如果你觉得量子传送的过程还是太复杂,可以参考分钟物理制作的这张动图:如何传送薛定谔的猫。除了没有体现“量子传送必须借助量子纠缠”和“猫不能凭空消失”之外,其他细节的比喻都可以帮助理解。

量子隐形传态 (19)

总之,量子传送的本质可以简单地理解为,先用纠缠光子对中的一个光子A,跟待传送的X发生相互作用,然后读取相互作用结果中蕴含的信息;再将这个信息传输给B处的科学家,让他有针对性地操纵光子B,使得光子B的状态完全还原成光子X原先的状态。

我们再强调一下,在量子传送的过程中,物理学家自始至终都不知道要传送的光子X处于什么样的量子状态。它的奇妙之处就在这里:虽然你不知道你要传送的量子状态是什么,但你仍然可以通过下面几个步骤的操作,把它传送到一千公里之外的地方

量子隐形传态 (20)

因此,量子传送(确切地说,是量子隐形传态)被科学家看作是一种量子通信的实现方式。

为什么非要搞量子传送,能不能直接复制粒子的状态?

不能!

在量子力学中,对于一个未知的量子状态(光子X),科学家既不能直接对它精确测量(测不准原理),也不能未经测量而强行将它复制出来(量子不可克隆原理)。

量子隐形传态 (21)

所以,如果你想把一个光子X,从地面弄到太空中,要么你需要将光子X朝天上发射出去,要么就得使用量子传送。

比方说,在量子卫星的量子传送实验中,科学家有一大堆要传送的光子X。他们可以让设在西藏阿里的地面站快速产生一对对纠缠光子,然后向太空中的量子卫星发射其中一组光子B。然后通过量子传送的方式,将一个个要传送的光子X的量子状态,传送到量子卫星接收到的B身上。

一个哲学问题:它还是原来的它吗?

说到这儿,你的脑中可能会产生一个哲学问题。如果光子X的量子状态传送到了光子B身上,那么传送后的光子B跟传送前的光子X到底算不算同一个粒子呢?

或者我们可以换一种问法。比方说,你是一名宇航员,在天上感到孤单寂寞。你的对象为了来看你,先是给你发送了一大堆粒子,然后通过量子传送的方式,让这堆粒子变成了自己身上对应的每一个粒子的状态,分毫不差。那么,这堆粒子构成的跟你对象各个方面完全一致的人,到底是不是你原先爱过的那个人呢?

量子隐形传态 (22)

在哲学家看来,这个问题可能有很多种答案。有的流派会说是,有的流派会说不是。

从物理学的角度讲,这个问题只有一个回答:是!

如果有两个粒子,种类完全相同,量子状态也完全相同,那么它们就是完全无法区分的。

如果有一个粒子,量子状态被测量破坏了,却在一段时间后,传送到了另一个同种粒子的身上,那么物理学家就可以说,同一个粒子又一次出现了。或者说,一个粒子被传送过去了。

这也许就是为什么,量子隐形传态实验的英文名称叫做quantum teleportation,其中的teleportation在科幻小说和电子游戏当中,就是指“隔空传送物质”。

物质的本质是(量子)信息吗?

如果传送状态就等于传送物质,那么我们可以说,物质的本质就是信息吗?

当然可以。已故的著名物理学家约翰•惠勒曾经提出,信息是物理学的核心,万物皆是比特(”It from bit”)。

随着量子计算和量子通信学的发展,量子物理学中的信息(量子比特)在科学家心目中的地位越来越重要。2003年,物理学家大卫•多伊奇进一步发展了惠勒的观点:万物皆是量子比特(”It from qubit”)。

量子隐形传态 (23)

量子传送实验,从一个侧面反映了万物皆是量子比特的说法。

我们有可能传送人类大脑中的意识吗?

从物理学家的角度看,传送人类或者传送人类大脑并不违背物理原理。如果能把人类大脑中的每一个原子的状态,通过量子传送,传送到另一堆原子身上,那么我们就实现了传送大脑。

但大脑中的意识是不是也能传送呢?物理学家通常不考虑的意识问题,按理说应该咨询生物学家。当然,物理学家认为世界的基础是物理的,如果我们传送了大脑中所有的物理信息,那么其中的化学和生物信息也应该都一起传送过去了。

但是,一个人的大脑平均含有10^26个原子,也就是100 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000个原子。虽然传送大脑不违背物理原理,以现在的技术手段,科学家想办也办不到啦。

中国的地星量子隐形传态实验是怎么做的?

讲了那么多背景知识,终于可以开始讲正题了!

在“墨子号”量子卫星的地星量子隐形传态实验中,科学家用到的光子都是波长780纳米的近红外光子。他们想要传送的量子状态,就是近红外光子的偏振状态

在物理学中,描述一个自由光子的量子状态有很多种,其中有一种是光子的振动方向,也叫做偏振方向,地星量子隐形传态所传送的量子态就是加载在光子偏振上的。

量子隐形传态 (24)

比如,在这次的地星量子隐形传态实验,科学家想要传送的光子X,可能是以下六种偏振状态中的一种:0度偏振,90度偏振,45度偏振,135度偏振,左旋偏振,右旋偏振。

量子隐形传态 (25)

在西藏的阿里站中产生光子X的同时,科学家也同时让实验设备产生了一对纠缠光子A和B。他们让其中一个光子B瞄准在太空中高速运动的量子卫星,并让光子A和光子X同时经过一个联合bell测量装置,也就是让A和X产生相互作用。

紧接着,科学家在阿里站中用仪器测量并记录A和X的相互作用结果,卫星有效载荷也测量并记录光子B的偏振测量结果,之后通过对星地数据进行符合对比,最终确认光子X的量子态是不是已经通过隐形传态的方式传送到了光子B上。

在这次实验中,科学家一共向量子卫星传送了911个光子的状态,最远传送距离达到1400千米,并达到了较高的保真度。

总结:

量子传送(量子隐形传态实验)看起来像是科学家玩起了科幻,只是为了好玩。但实际上,量子传送非常有用。

比如,如果将来技术进一步发展,你可以将一组量子数据信息,传送到远方的一台量子计算机的内存上

又比如,你可以将一对纠缠光子的量子状态,分别传送到远方的两个不同的粒子身上,让这两个粒子不用相互接触就可以发生量子纠缠

再比如,你可以通过传送操作量子数据用的量子门,实现分布式的量子计算

到目前为止,量子科学实验卫星“墨子号”,已经提前圆满地完成了三大任务:

1. 星地量子密钥分发

2. 地星量子隐形传态

3. 千公里级量子纠缠分发,检验贝尔不等式

这些科学实验任务的成功,为我国在未来继续引领量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础。

量子隐形传态 (26)

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鸣谢:印娟,任继刚,廖胜凯
徐凭,彭承志,刘乃乐

本文已发表于墨子沙龙,未经书面许可禁止转载及使用。

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漫画 | 这位医生不知道细菌,却凭逻辑阻止了一场大瘟疫 http://songshuhui.net/archives/98590 http://songshuhui.net/archives/98590#comments Fri, 22 Sep 2017 13:05:50 +0000 http://songshuhui.net/?p=98590 本文作者:Sheldon

标题头

据路透社报道,自今年4月起,也门再次爆发霍乱。在4个多月的时间中,霍乱越来越严重,已经感染50多万人,造成近2000人死亡。

在现代医学和现代流行病学的庇护下,普通人可能根本不知道霍乱是什么病。可是在一百多年前的人的心目中,霍乱还是死神的象征。在法国报纸《Le Petit Journal》1912年的一期封面上,代表霍乱的死神的巨大镰刀从天而降,向惊慌失措的人们索取头颅。

你知道吗,在微生物发现之前,人们对霍乱的爆发完全没有办法。有一位麻醉医生,通过细致的调查和缜密的推理,第一次成功地控制了霍乱的蔓延。从那以后,人们渐渐摒弃了各种盲目的瞎猜,开始懂得如何科学地分析一场瘟疫的病因。

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霍乱 (1)

霍乱的典型症状是不停地拉肚子,并伴有呕吐和肌肉抽搐。由于拉肚子导致大量脱水,霍乱病人的皮肤会变成蓝灰色(即紫绀)。因此,霍乱又被称为「蓝死病」。

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霍乱的原产地是印度,但随着欧洲人漂洋过海,在印度设立殖民地,从1825年起,霍乱开始一次又一次地袭击欧洲。由于缺乏有效的公共卫生防控措施,工业化带来的人口聚集成为霍乱的温床。

霍乱 (3)

1829年,莫斯科霍乱爆发,3.3万人死亡。

1832年,巴黎霍乱爆发,1.8万人死亡,占当时巴黎人口的2% 。

1831年到1833 年,英国霍乱流行,2万人死亡。

1848年到1849年,英国再次爆发霍乱,5万人死亡。

1853年,霍乱席卷了纽卡斯尔、盖茨黑德和伦敦,1万多人死亡。

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虽然在当时,人类已经能造出大炮巨舰,但医生们对传染病的了解还很原始。他们认为,霍乱的病因是一种瘴气,所以霍乱应该是通过呼吸道传染的。

瘴气学说认为,疾病是由居住地腐败物质产生的传染性瘴气引起的。这种说法易于理解,并且符合西方古老的传统智慧,但它对于控制霍乱毫无用处。结果,相信瘴气说的医生们只能任由霍乱一次又一次地爆发,眼睁睁看着病人一个接一个地死亡。

直到有一天,一位英国的麻醉医生约翰•斯诺(John Snow)打破了僵局。

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斯诺完全不相信瘴气一说,因为他不像许多当时的医生一样,只懂得医治身边的病人。斯诺会走访英国各个地方的疫区,同当地的幸存者和医生交谈,并搜集了各式各样的病例和统计资料。结果他发现:

1. 霍乱会在人和人之间传播,但不是相互接触就必然传播。

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2. 霍乱可以先在一个社区爆发,然后突然在远处另一个社区爆发,夹在两个社区中间的人却能安然无恙。

霍乱 (7)

3. 斯诺医生自己经常检查霍乱病人的尸体,却从未患病。

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这说明,霍乱不是通过呼吸传染的

斯诺医生还发现:

4. 霍乱虽然会引起血液改变,但每个人的症状其实都是先从消化道功能紊乱开始的。

霍乱 (9)

5. 当时很多霍乱病人是贫苦工人,他们不注意个人卫生,甚至会在霍乱病人的房间内吃饭。

霍乱 (10)

6. 有些参加葬礼的人从未接触过死者,回来以后却会染上霍乱,因为他们会在葬礼上吃死者家属准备的东西。

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这说明,霍乱更可能是一种吃进去的病

经过仔细调查,斯诺发现了一个更加重要的线索:

7. 同一条街的街坊邻居特别容易同时染病。他们共用一口水井,水井附近就是下水道、水沟、水塘或水渠。病人吐出来的东西,可能会倒在下水道或水沟里。病人死了以后,家属会在水塘或水渠里洗他们的衣服、床单。

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这说明霍乱可能是通过水传播的

于是,斯诺将自己的发现写成了论文,然而医学界对这个发现却没有任何反应。自来水公司更是矢口否认霍乱跟他们的水井有关。

霍乱 (13)

1854年夏天,霍乱再次在伦敦降临。它先是在萨瑟克区和兰贝斯区大肆屠杀,然后在8月31日的那天,霍乱突然杀到了斯诺家附近的宽街。

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斯诺怀疑,这一定是因为某些病人不讲卫生,污染了宽街的水源。为了证实自己的猜想,斯诺亲自去查看宽街人都在喝的水井,发现井水含有一种白色的絮状物,水质好像变差了。

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当时的科学家还不知道微生物的存在。就算他们知道霍乱是由微生物引起的,但斯诺仅仅靠肉眼观察(八成还有心理作用),又怎能说服伦敦市的卫生部门和医学界的专家呢?

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为了进一步分析疫情,斯诺向卫生部门要来了死亡者的名单,结果发现,大部分死者都住在宽街水井附近。这是否说明水井就是霍乱的传染源呢?

细心的斯诺并没有贸然下结论,而是继续深入疫区走访,结果,他又发现并解释了几个奇怪的现象。

1. 宽街附近的圣詹姆工厂有500多工人,却很少有人死于霍乱。——经过访问得知,圣詹姆工厂有自己的井,工人不喝宽街的井水。

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2. 宽街水井附近有一家啤酒厂,没有人死于霍乱。——结果是因为工人能免费喝啤酒,所以不喝宽街的井水。

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3. 有些人住的离疫区较远,却莫名其妙地死于霍乱。——结果要么是因为死者路过宽街时喝了井里的水,要么是因为死者生前喜欢喝宽街的井水,会专门叫人送到家里。

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综合所有这些资料,斯诺认定,宽街霍乱爆发的直接原因,就是街上的那口水井

于是,在9月7日晚上,斯诺向社区管理委员会提出,应该关闭宽街的水井。

霍乱 (21)

虽然管理委员会不相信斯诺的说法,但他们也没有更好的办法,只好命人将水泵的把手拆下来。

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拆除把手不久,宽街的霍乱疫情得到了彻底遏制(其实在水泵把手拆下来之前,死亡人数就已经降下来了)。

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后来,斯诺根据死亡者的住址,将他们的分布情况标在地图上。结果清楚地显示,这场霍乱疫情的死亡者,完全是围绕宽街的那口水井分布的

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尽管约翰•斯诺不知道,霍乱的病原体其是一种叫做霍乱弧菌的微生物。但他凭借深入的调查,细致的分析和严谨的推理,第一次立竿见影地控制了霍乱的蔓延

那么,斯诺的推理在哪些方面领先于同时代的大多数医生呢?

为了证明宽街受污染的水就是宽街霍乱爆发的病因,斯诺完成以下两个步骤的推理。

霍乱 (25)

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因此,尽管约翰•斯诺没有从生物学上发现霍乱的病因,但他当之无愧地成为了现代医学侦探之父。

他用到的疾病归因方法一直沿用至今,挽救了无数人的生命。

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