我们在小学阶段的数学就把世界上的数字分为了实数和虚数,相比之下,虚数是一个比较抽象且难以理解的定义,他的科学解释是非具体数量的数字。
提到虚数的起源,我们就不得不说到与它相伴相生的实数的来源,我们都学过,世界上的实数是由有理数与无理数构成的。
有理数的起源就很容易追溯了,因为它是具有实际作用的,当原始人类开始统计人数、作物或者工作的时候有理数就在不知不觉中产生了。概括来说,有理数是与人类的实践一同出现的。
而无理数的出现则是一个比较系统和科学的学派带来的,这个学派就是毕达哥拉斯学派。
古希腊与古罗马作为欧洲文明的发祥地,在爱琴文化时期辉煌异常。古希腊的人民注重哲理,擅长辩论,我们所知的许多著名的哲学家都是古希腊的智者,比如苏格拉底、亚里士多德等等。
但可惜的是古希腊的人民虽然发现了无理数的存在,却没有抓住这个机会,使无理数的研究延后了好几个世纪。
真正将虚数命名为“虚数”是在公元的十七世纪,一位叫笛卡尔的数学家发现了虚数虽然并不真实存在与世界,即无法用具体物象来表示,但是他却可以通过数轴来捕捉他们的身影。
虚数有了自己专门的名字之后慢慢被人类所认识,开始引起了人类的重视,直到公元的十六世纪,意大利的数学家卡尔达诺写出了最早的虚数记号,它的发现虽然只给了虚数一个不甚具体的形式表示,但却给了法国的笛卡尔以灵感,使他用了仅仅不到四十年的时间将虚数与实数联系了起来,至此,实数与虚数开始了相伴相生的研究。
其实虚数的发展是历经磨难的,因为他是非具体数量的数字,是“虚幻的”“不存在的”数字,所以曾一度被学术界所怀疑,直到维塞尔对复数的研究有了明显的突破(所有的虚数其实都是复数)。
至此,虚数终于有了只属于它自己的单位IMAGINARY,简写成I。IMAGINARY翻译成中文是想象的意思,这也很符合虚数“虚幻”的特征。
约翰贝尔(不是发明电话的亚历山大贝尔)曾进行了实验,将两个量子分别起名为ALICE与BOB,将这两个相互纠缠这的量子分别发给两个不同的接收方,然后去测量这两个量子的偏振性,最后得出这两个结果的相关性。
在传统的物理领域,人们认定这个相关性是有一个固定的、真实存在的最大值的,但贝尔的实验推翻了这个说法,他经过了多次的实验,发现大多的相关性数值都超过了经典观点所认定的最大值。
简单来说,贝尔的实验得出的结论是属于虚数量子力学的观点,他们都认为在量子力学的领域虚数是不可或缺的。
从二十世纪七十年代贝尔的实验开始,世界上各个国家的物理学家与数学家们针对虚数是否必要进行了激烈的研究与争论。
直到2021年的一月,由多国的研究学家共同提出了一个实验,目的是要验证贝尔的虚数必要性理论以及对贝尔的实验进行拓展,这篇论文首先提交给了ARXIV并于2021年的十二月正式发表在了NATURE上。
在这他们的实验构想当中,研究者将贝尔原本选择的相纠缠的两个量子增加到了不同源的两对相互纠缠着的量子,第一对仍像贝尔所做实验那样分别发送给ALICE和BOB,另一对则发送给了BOB和名为CHARLIE的另一方,最后对于测量结果进行了交叉对比而不是贝尔实验中所采取的平行对比。
当然,这个实验因为操作难度太过于巨大还仅存在于理论层面,而这些研究者们也在他们论文的结尾表达了他们希望有一天能有一个令人信服的实验来证明虚数量子力学。
他们没有想到的是这一天来的如此快且出乎意料,中国的中国科学技术大学和南方科技大学分别使用超导量子线路和光量子的方法达成了他们的愿望。
他们的结果都尝过了实数的形式界限,中国科学技术大学得出了43个标准差的结论,而南方科技大学则得出了4.7个标准差的结论。共同有力的否定了实数量子力学,强调了虚数在标准量子力学研究中的必须地位。
答案当然是否定的,虽然根据中国科学技术大学以及南方科技大学的研究有力的证实了虚数的必要性,但是贝尔实验仍有其自身的漏洞,并不完善
首先是局部性漏洞。这个漏洞具体是指ALICE与BOB的距离与测量速度仍然可能影响了实验的结果。其实,早在2015年就有以为荷兰的科学家完成了无漏洞的贝尔饰演,但是2021年所改良的新版的贝尔实验仍然会面临这个难题。
不过,中国科学技术大学的潘建伟团队的一篇新的研究论文已经尝试用一种更严谨的实验来填补新旧两版贝尔实验的局部性漏洞。
其次是检测漏洞。这个漏洞的产生不是来自于实验本身或者变量的变动,而是来自于实验中的检测机器无法将所有的量子进行科学的检测,只能采取抽样的方式。而抽样必然会带来数据的变动和结果的差异。
虚数被证实证明:在客观实在之外还有一些东西就在我们身边,我们看不到它,但是它却支配着我们这个世界。
如果我们回顾开头的莱布尼斯的话,虚空难道真的是神明所在之地吗?
随着科学的发展,人们也经常有着神是否存在的疑问
杨振宁曾经公开发表过一个论断:如果你问有没有一个造物者,那我想是有的。因为整个世界的结构不是偶然的。
杨振宇老先生认为生命其实也可以用概率来找到规律,复杂的事物其实也有其自身的约束条件,他们虽然可能是隐性的,不容易被人类所感知到的,但是可以肯定的是,越复杂约束越多,越是不能通过简单的概率学加以回答。
这就是科学家们眼中的世界,虽然不存在申明,但是世界存在着自己的法则。
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