真正的量子極客怎麼看《蟻人與黃蜂女：量子狂潮》？_風聞

最新蟻人電影標題叫作**“量子狂潮”，因為這次的故事發生在量子力學規律支配的微觀世界，漫威稱之為“量子領域”**。

在現實生活中，也有一羣正在掀起“量子狂潮”的極客，他們中有研究量子物理學的科研人員，也有做量子科技應用落地的創業者。

今天我們邀請到兩位這樣的極客，看看他們如何評價電影《蟻人與黃蜂女：量子狂潮》~

尹璋琦博士

北京理工大學物理學院教授

博士生導師

Q：《蟻人》系列影片把漫威宇宙帶入“量子領域”。在蟻人和征服者康的對話中提到，量子領域和現實世界計算時間的方式是不一樣的——為什麼會這樣？

**A：**在量子領域中“時間空間變得無關緊要”，這是電影藝術上的簡化。

要進入這樣的領域，我們需要進入普朗克尺度，對應長度為10^(-44) 米，時間為 10^(-35) 秒，這比通常的微觀量子領域要小得多。在普朗克尺度下，由於不確定原理，量子漲落極為劇烈，空間距離的定義崩解，時間也隨之難以定義。 通常意義上的量子領域，並不需要那麼小的尺度，納米以下就足夠了，此時時間與空間的定義都沒有變化。

電影中所謂的量子領域，應該是普朗克尺度下的量子領域，時間與空間均失去了意義，因此比較其與日常生活中的時間流速也失去了意義。

Q：影片中所有人在量子領域裏都能正常行走、正常交流，遵守着現實世界的物理規則。在量子級別的微觀世界裏，我們所默認的物理規則還正常適用嗎？

A：微觀世界中，宏觀的規則會被微觀物理規則取代：

比如説，微觀氫原子，最外層電子就不能隨便跑，它只能待在某些特定的軌道附近；

量子領域中人不能再依靠聲音來交流了，因為聲波的波長遠長於量子領域中人的高度；

量子領域的人也不能再依靠光來觀察了，因為可見光波長在微米尺度，也比量子領域人的高度要大得多，要與量子領域人的尺寸匹配，也許需要用波長更短的X射線或伽馬射線。

電影中的量子領域世界與宏觀世界看起來毫無區別，這顯然不符合科學。

Q：蟻人的女兒發明了“量子通訊器”，可以穿梭時間線之中。“量子通訊”在科學上可能是怎樣一種概念？“量子通訊器”在理論上可能實現“穿越時間線”的信息傳遞效果嗎？

A：“量子通信”是指利用量子相干、量子糾纏等作為資源，來實現信息的安全傳輸。但穿越時間線的信息傳輸是違背基本物理定律的，不可能通過量子通訊器來實現。

早在1991年，就有學者從理論上研究過如何“穿越時間線“在多個量子平行宇宙之間通信。研究發現，只需要薛定諤方程中出現非線性即可。但最精確的實驗也沒有發現薛定諤方程中的非線性。所以從科學上並不能做出電影中的量子通訊器。

當然，科幻電影中如果設定薛定諤方程有非線性，從而可以做出量子通訊器，也無可厚非。

Q：片中最吸引人的,就是藝術家們對量子領域奇景的想象。如果基於量子理論開個腦洞，你心目中的量子世界可能會長什麼樣？

**A：**上圖中的量子世界，感覺似乎是在外太空某個星系之中。而我心目中的量子領域，只有普朗克尺度那麼小，充滿了各種高能輻射和粒子：粒子塌縮為量子黑洞，而量子黑洞又會迅速變為高能輻射粒子；這兩個過程把時空打出無數個破洞，形成時空泡沫。

在普朗克尺度的量子領域中，瞬間與永恆似乎沒有區別。

Q：在電影中的量子領域裏有“居民”、甚至有前所未見的“怪獸”存在。迄今為止，物理學家在量子級別的微觀世界裏發現過類似生命的跡象嗎？

**A：**物理學家研究的是讓宏觀生物體進入量子領域，實現量子疊加、量子干涉，直到實現真正宏觀生命體生與死的量子疊加，也就是“薛定諤的貓”。目前已實現氨基酸大分子的量子疊加。

蟻人電影中曾出現百微米大小的水熊蟲，科學家們提出了製備其量子疊加態的可行的實驗方案，並在實驗中開展驗證。

Q：影片中，蟻人戰隊與反派戰隊在量子領域裏進行了大決戰，給量子領域帶來了很大沖擊。量子領域發生怎樣的變化，才能被我們現實世界感知到？

**A：****量子領域中的很多變化都可能被宏觀世界感知到。**比如説，量子領域中的打鬥，會伴隨能量躍遷，輻射出高能粒子，可以被粒子接收器探測到。

張文卓博士

誇密量子（Quakey）創始人

前墨子號量子衞星團隊成員

張文卓博士的創業公司誇密量子（Quakey），致力於用成熟的量子隨機數技術塑造新一代互聯網，改變我們的世界。

△  誇密量子官網

Q：電影“量子狂潮”是否符合現實中“量子極客”的想象？

**A：**不是很符合。量子領域應該是非常微觀的尺度。按照漫威的官方設定，量子領域時間和空間無意義，那隻可能是在普朗克尺度以內。普朗克尺度超出了已知物理學能描述的極限，但可以肯定的是普朗克尺度一定非常混亂，時空不斷泛起泡沫，正反粒子對不斷地產生和湮滅，沒有什麼能穩定存在。

但是影片中，進入量子領域卻好像進入了另一個宇宙，出現那麼多奇形怪狀的生物，甚至文明，變成了一部純粹的太空歌劇。

所以觀影時我聯想到了遊戲《質量效應》，這個設定可以説非常地軟科幻，符合美漫的一貫風格——披着科幻外衣的神話。

Q：現實生活中，真正的量子領域應該是什麼樣？

**A：**無論是基本粒子，還是基本粒子組成的複合粒子，都具有波粒二象性。在微觀尺度，波粒二象性會非常顯著。

所以如果蟻人縮小到一個電子的質量，即使他以光速運動，他的物質波波長依然有皮米（萬億分之一米）量級，這是普朗克尺度的億億億倍。而在蟻人縮小之前，他的物質波波長要小於普朗克尺度，無法察覺。

也就是説，蟻人在不斷縮小過程中，他的波動性就逐漸展現出來了。他不再是一個聚在一起的實體，而是神出鬼沒（《蟻人2》中的幽靈女似乎借鑑了這個設定）。

△  《蟻人2》裏的“幽靈女”

在量子力學裏，波粒二象性和海森堡不確定原理密切相關。海森堡不確定原理就是説不可能同時獲得精確的動量和座標（或者時間和能量），兩者不確定度此消彼長。不確定原理其實在數學上是傅里葉變換的一個性質。如果引入動量空間，就很容易通過不確定原理理解波粒二象性。

△  圖片來自維基百科

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如上圖，座標空間的一個點粒子，在動量空間就展為一個覆蓋所有動量的波；同理，動量空間的一個點粒子（即固定動量），在座標空間就展為一個覆蓋全空間的波。那麼單一從座標空間來看，波粒二象性就是在波和粒兩個極端之間來回變化。

Q：電影中都出現了哪些令人印象深刻的量子力學效果？

**A：影片有一個情節是蟻人不斷地分身，“在一瞬間有一百萬種可能”**全部都出現。

這個參考了量子力學的多世界解釋：即每次測量量子態產生的隨機結果，傳統的哥本哈根解釋認為是一個瞬間的量子態坍縮，隨機選擇了結果。

而多世界解釋認為每個結果對應的世界都存在，世界（宇宙）產生了分叉。但量子力學要求這些分叉之間是不能交流的，如同直角座標系的x軸和y軸，互相垂直沒有投影，老死不相往來。

但為了講好科幻故事，還是要假定多個世界（多個宇宙）之間能夠交流溝通，來回穿梭，甚至跨時間的穿梭。所以有人總結：遇事不決，量子力學；解釋不通，穿越時空；邏輯不夠，平行宇宙。

Q：量子領域會影響我們的日常生活嗎？

A：從根本上講，量子力學是人類已知宇宙最底層的物理規律，更底層的還沒發現，而且不知道人類是否有可能發現。所以我們在宏觀世界遵循的物理規律，稱為經典力學，實際上是量子力學在宏觀尺度的近似。也就是説我們的世界根本上是量子力學支配的。

當然量子力學是第三次科技革命（信息革命）的源頭，已經對我們的世界產生了翻天覆地的變化。量子力學指導物理學家們發明了當今計算機和智能手機的核心集成電路（芯片），用於支撐起全球互聯網光通訊和精密工業加工的激光，用於數字成像的圖像傳感器，用於醫療和材料檢測的核磁共振，用於全球定位衞星的原子鐘等等。

量子信息科技是量子力學更直接的應用，除了已經在信息安全基礎建設佈置的量子通信設備，以及一些國防安全場景的量子傳感設備外，“上帝擲骰子”的量子隨機數技術已經可以做成很小的光芯片，能夠內置到移動設備裏，成為人工智能和Web3時代的標配，近期很可能對人類生活產生重要影響。

這也是我的創業公司誇密量子（Quakey）主要在做的事業。

Q：影片中還有哪些被“量子極客”關注到的細節？

**A：**影片最後一個彩蛋，就是所有字幕都放完的那個彩蛋，非常有趣。這段繼承了《洛基》的劇情，但致敬的畫面是科幻小説鼻祖之一的《時間機器》。所以看過《時間機器》的電影，同時也看過漫威的《洛基》劇，就非常容易get到這個彩蛋的點。

當然，“征服者康”這個反派遠比之前的滅霸更有“反派魅力”。

滅霸是在用一個冠冕堂皇的理由對生命進行屠戮，而征服者康則是在用科技的力量操縱多元宇宙。影片中被流放到量子領域的這個征服者康表現不太好，但是片尾彩蛋，不同多元宇宙的征服者康齊聚一堂，畫面非常震撼。