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量子世界
西原帝国北方/沧溟市/环岛纪年365年4月
艾兰德量子研究院,大楼的一间办公室内,斯坦豪斯院长目光深邃的望着桌上的一台机器。
从儿时起,他就有着一个梦想,那便是用理论的积木,搭建起一个自己王国。而在今天,他的这个梦想终于得到了实现。
“斯坦豪斯院长,原来您在这里。”一名男子从门外走了进来,向他打了一个招呼。“帝国最近在荒废地带发现了一些东西,我想我们有必要借着这个话题好好聊聊。”
“监察先生,真是好久不见,是什么风把你给吹来了?”院长有些惊讶的望着眼前的男子,他就是沧溟地区的工程监察。“监察先生,多亏了帝国的帮助,我的研究才获得了很多实质性的进展,监察先生是对量子方面产生了什么兴趣吗?”
“瞬形魔在环岛中陆造成的灾害已经在不断消退,我觉得我暂时还没有学习那个东西的必要。”工程监察说道。“最近,我们正在执行对帝国东边荒废地带的清剿作战,你们曾经加入的学会,晨昏科学,就是我们需要清剿的一个重要势力。
我来这里是想问问院长,你最近和他们联系过吗?”工程监察问道。
“哼,我们的上一次联络,已经是半年前的事了。”斯坦豪斯院长自嘲般的笑道。“那帮吝啬鬼们根本不愿意为我的研究提供任何的经费,他们确实是一群让人伤脑筋的家伙。”
“那还真是遗憾呢,先生,本来我还希望在你这里了解关于他们的事情。”工程监察说道。“看你刚才的反应,你似乎对他们并不喜欢。我有些好奇,他们除了不愿意为你的研究提供经费之外,还做了哪些让你感到不满的事情?”
“更重要的是,他们大都是一群极端的疯子,有些人甚至对我这种尖端的研究不屑一顾。”斯坦豪斯院长的神情像是有些气愤,同时又十分的无奈。“他们之中的一名会员,就曾对我们和工程企业的联合研究,量子计算机和量子通信等前沿的概念,进行了无端的嘲讽。
那个男人认为,量子计算机使用特定的算法,将数字运算进行几何倍的缩减,其本身并不具备实质性的意义。而对于光子通信,他竟笑称那只是一种看上去精巧的小把戏。
听说我们那边有一个学派,他们正在研究一种将四种基本力进行统一的理论,他们想要通过物理的手段,来弹奏宇宙的弦。我有些纳闷,难道只有抽象到那个程度的理论,才能真正得到他的认可?真是一个不可理喻的家伙。”座椅上的院长无奈的摊了摊手。
“我很遗憾院长,你们那里在不久前发生了严重的灾害。你说的那种学派,现在很可能已经不存在了。”工程监察说道。
“那些对我来说并没有什么,只要能在这里继续我的项目,我就已经满意了。”斯坦豪斯回想起儿时父亲教育他追逐自己内心所想时的场景,会心的笑了笑。“至于那些纯粹建立在数学推想上的学派,我认为没了也是一件好事。
监察先生,不知你道是否了解,我们在进行二次量子化的时候,经过了一系列的运算,成功将认知中的量子划分成了能量子。并定义动量的产生算符与湮灭算符,引出粒子数表象。①
有人告诉我,如果使用同样的方法进行三次量子化,就能触及世界的弦。
听上去很离谱,不是吗?”
“哦?你解释给我听听。”工程监察的脸上露出了一丝兴趣。
“量子化这种运算看上去复杂,实际思想上就和数学的求导差不多。”斯坦豪斯院长说道。“监察先生,你可以想象,有一天,一名古代的物理学家走在路上,看到一辆元能机车正在路上飞驰。这时候,这名物理学家突发奇想,拿起笔和纸,写出了机车位移和时间变化的函数。更奇怪的是,他还同时写出了机车速度和时间变化的函数。
他之所以这么做,是为了看看,位移和速度之间,究竟有着怎样的关系。
然后,他有些惊讶的发现,有一种运算,可以将位移与时间的关系变成速度与时间的关系。但是他仍然觉得不过瘾,于是将这一过程对速度和时间的函数又进行了一遍,于是他成功获得了加速度随时间变化的函数。
后来,有人认识到他发现的这种运算可以求出变量随时间的变化率,并对这一情形进行了推广。而这种运算,就是我们所说的求导。
量子化的发展也是这个道理,一次量子化时,我们看到了物质的粒子,二次量子化时,我们的目光聚焦在了单一的粒子上,于是发现了能量子。②而三次量子化,我们并不知道得到的东西有着怎样的意义。
于是,有人信誓旦旦认为,这种运算将使我们看到弦,以此将所有定律联系在一起。”
“这些人整天做着他们的白日梦,他们的研究浪费了太多的资源,而我们这些联系现实的物理研究者,反而没有得到应有的重视。”斯坦豪斯院长继续说道。③
“他们的研究已经在灾难中破产,别忘了,是帝国的支持,才让你的研究得以如愿以偿。”工程监察没有继续在刚才的话题上谈论下去。“斯坦豪斯院长,你知道吗。其实我在今天来到这里还有一个原因,那就是我想了解一下最新的研究成果,量子计算机。
几天前,帝国的军队占领了一座晨昏科学的研究基地。在他们的数据库中,我们搜寻到了一些有用的线索,其中一个就是造成疯人感染的病毒,我们将它命名为细胞操控者。
这种单原子病毒可以将物质的化学键进行随意的拼接与拆分,并操控自身原子的核外电子,改变它们的轨道与自旋。它们破坏正常细胞,并对遗传物质进行再修饰,以此制造出强大的细菌与智能协作的细胞群落。与其说是一种病毒,它们更像是一种量子级别的计算机。
我想知道你们的量子计算机,与这种病毒相比有着多大的差距?”
“哦!先生!你不是在跟我开玩笑吧,一个生物怎么可能具备那样的能力。”斯坦豪斯院长笑道。“我们的量子计算机,只是采用原子核外电子的轨道能级来存储数据,并采用特殊的算法对这些数据进处理而已。
我们当初花费了很大的功夫,搭建了量子非门,以及可以将量子数据初始化为叠加态的逻辑门,才成功对这些量子的数据进行了变换与控制。
我们依据算法,通过逻辑门操控状态矢量,读取我们想要的结果。④
我们在量子数据单元之间建立纠缠,实现图像的存储与像素的批量处理。
但是你现在告诉我,一个病毒竟然可以比我们做得更好!”院长的脸上露出了荒唐的表情。
“我很遗憾的告诉你,他们的资料并非虚假。”工程监察说道。
“或许这个世界还真像他们之中有些人说的那样,只是虚幻的假象而已。”院长说道。“一个工程人员曾经告诉过我,如果一个程序想要运行的飞快,它就需要消耗掉计算机的大量资源。而在现实世界中,一个物体跑的飞快,它自身的时间流动就会变慢。好像如果它再不变慢,系统就会因为无法承载那样的运算而发生崩溃。
哼哼,没事和你们的工程人员聊聊,有时还是蛮有意思的。”斯坦豪斯院长笑道。
“这个世界确实存在着很多不合理的地方。为什么有人认为,没有运动就没有时间?我们又为什么会生活在3+1维时空?这个世界,确实有着太多的巧合。
那些疯子的资料中记载了很多疯狂的理论,他们甚至通过矩阵和张量的维数变换,探讨了空间维度改变的可能。我现在甚至有些理解他们,以及他们相信的一些奇怪的东西。
但重要的是,那些资料中的一部分关键内容是在最近才加上去的。虽然我们无法还原那些破碎的信息,但毫无疑问,那是一些让人感到震惊与恐惧的现实。
那些晦涩的东西并不出于他们的研究,感觉就像是他们突然在某一刻,参透了一种特殊的神秘学,或是受到了某种力量的指引。从时间上推测,我们认为,这可能与帝国境内前段时间发生的不明杀戮,有着关键的联系。”工程监察说道。
“如果实在搞不懂,就尝试着不要在那些虚幻的事情上继续费心了,先生。不如,让我们谈论点实际的东西,比如我们目前正在研究的光子通信怎么样?”斯坦豪斯院长说道。
“好啊,和我讲讲它的用途。”监察的脸上现出了一些轻松的神色。
“这种通信是一种利用发射单光子进行通信,并采用光子自旋方向进行加密的方式。如果晨昏科学的这帮家伙掌握了这种秘钥传输方式,你们可能就没法破解他们的加密通信。”斯坦豪斯院长说道。“监察先生,使用了我们这种加密通信方式,可以保证你们的通信在人类之间完全保密,完全不会出现因为秘钥在传输中被人窃听,而导致信息被他人查看的情况,对我们的研究予以支持和重视,有着非同寻常的意义和价值……”
注①:将波函数看成一个系统的完整数学模型(方程组),其从位置表象变换到动量表象,在没有不确定性的情况下,和电学系统的时域变换到频域基本相同。完整的数学模型是一个方程组,可以从中获得幅值和时间的关系,也可换成幅值和频率的关系等。
微观世界中,能量不连续,因此有动量产生算符。
用频域图像(频谱图)类比,即频率不连续,每个频率之间有最小间隔,因为知道最小间隔,在获得了最低频率的解后,用一个算符作用于该解,就能获得下一个更高频率的解。
以上仅为类比,无现实意义。实际上,产生算符的作用,是在已知能量最小值(基态)的情况下,计算系统在其他能量态(或动量)的概率幅。
注②:位置表象中,可以表现量子在每个空间位置的概率。动量表象中,可以表现量子处在不同速度(能量、能级或动量)的概率。
按照一百二十三章的思路,将样本抛向空中时,因为能量不连续,带升降算符的核函数在将样本抛向空中时,上抛样本的分层同样不连续。
注③:三次量子化的过程是二次量子化的重复,这一过程涉及导数和算符替换等步骤。
这个过程在理论物理中可称之为正则变换,是在一个规则框架之下,将系统的一些变量换成常数,框架仍然成立的基础上进行的。是一种化繁为简的方法。
基础的规则往往是简单的,解析世界基础规则会一定程度上涉及这一思想,但事实上,这种思想仍然略显复杂,因此不是重点。
注④:在量子计算机中,测量是一个算子,每一次作用都会改变原先存储的结果。
附注:另外,如要增加弦的概念,需在四维时空的基础上增加第五维。弦论中,粒子从弦或量子弦的振动中产生。该理论为猜想理论,对本文无重要意义。
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升降(产生湮灭)算符的极简理解:一个函数或方程组,当其他参数确定时,可以求出一个参数在一点的解。当改变其中一个(或一组)给定参数,解会发生变化,如果给定参数的变化是离散的(不连续),其取值有最小间隔,这时用升降算符作用于函数或那个解,即可得到参数改变(最小改变)之后新解。