1
00:00:01,233 --> 00:00:03,266
♪ ♪
2
00:00:06,100 --> 00:00:08,799
播音员：以下的
"NOVA"节目包含
3
00:00:08,800 --> 00:00:11,832
量子物理学的场景，
众所周知这会引起
4
00:00:11,833 --> 00:00:15,065
困惑、焦虑，
甚至心碎。
5
00:00:15,066 --> 00:00:16,699
如果症状持续，
6
00:00:16,700 --> 00:00:18,833
请咨询您的物理学家。
7
00:00:20,433 --> 00:00:22,532
旁白：量子物理学。
8
00:00:22,533 --> 00:00:25,032
这是研究
极小事物的科学，
9
00:00:25,033 --> 00:00:29,132
但它的影响力
远超其表面。
10
00:00:29,133 --> 00:00:31,065
量子物理学不仅
重要，
11
00:00:31,066 --> 00:00:33,632
它还具有革命性。
12
00:00:33,633 --> 00:00:35,699
旁白：它是过去100年来
最成功的科学理论。
13
00:00:35,700 --> 00:00:37,265
过去100年来最成功的科学理论。
14
00:00:37,266 --> 00:00:39,766
量子力学已经
渗透到我们所做的一切。
15
00:00:40,733 --> 00:00:44,299
旁白：从您的电脑
或手机
16
00:00:44,300 --> 00:00:46,832
到我们如何计时
17
00:00:46,833 --> 00:00:50,799
都依赖于我们对
量子世界的理解。
18
00:00:50,800 --> 00:00:52,699
大卫·凯泽：我们现在可以说
我们生活在一个量子时代。
19
00:00:52,700 --> 00:00:55,965
旁白：它背后隐藏着
科学史上最伟大的发现之一：
20
00:00:55,966 --> 00:00:58,799
科学史上最伟大的发现之一：
21
00:00:58,800 --> 00:01:02,132
引力波，
22
00:01:02,133 --> 00:01:06,565
时空结构本身的
微小涟漪。
23
00:01:06,566 --> 00:01:08,965
肖恩·卡罗尔：引力波
为我们提供了一种全新的方式
24
00:01:08,966 --> 00:01:10,332
来观察宇宙。
25
00:01:10,333 --> 00:01:14,332
旁白：然而，
除了数学之外，
26
00:01:14,333 --> 00:01:17,799
量子物理学
提出了一个令人震惊的主张：
27
00:01:17,800 --> 00:01:21,332
在其最深层次上，
28
00:01:21,333 --> 00:01:24,265
现实就像一场
机会游戏...
29
00:01:24,266 --> 00:01:26,499
埃尔巴·阿隆索-蒙萨尔韦：
概率不是
30
00:01:26,500 --> 00:01:28,999
我们不知道的事物的度量。
31
00:01:29,000 --> 00:01:31,332
它们只是量子理论
固有的特性。
32
00:01:31,333 --> 00:01:35,665
旁白：具有令人费解的
行为，如叠加态
33
00:01:35,666 --> 00:01:37,132
和纠缠。
34
00:01:37,133 --> 00:01:38,799
这很奇怪...很陌生。
35
00:01:38,800 --> 00:01:42,032
旁白：量子物理学
真正意味着什么
36
00:01:42,033 --> 00:01:44,432
仍然深深神秘。
37
00:01:44,433 --> 00:01:47,399
但它创造了
我们今天生活的世界。
38
00:01:47,400 --> 00:01:49,499
量子物理学实际上
支配着我们周围的一切。
39
00:01:49,500 --> 00:01:52,732
塔拉·福蒂埃：它不是什么
遥远的奇怪物理学分支。
40
00:01:52,733 --> 00:01:54,532
它完全改变了
41
00:01:54,533 --> 00:01:56,865
我们过去的生活方式
变成了我们现在的生活方式。
42
00:01:56,866 --> 00:02:01,499
旁白："解码
宇宙：量子"。
43
00:02:01,500 --> 00:02:03,765
现在就在"NOVA"。
44
00:02:03,766 --> 00:02:11,766
♪ ♪
45
00:02:13,000 --> 00:02:19,074
Watch Online Movies and Series for FREE
www.osdb.link/lm
46
00:02:34,600 --> 00:02:37,099
旁白：1970年12月12日。
47
00:02:37,100 --> 00:02:41,099
NASA发射了一枚侦察兵B火箭
48
00:02:41,100 --> 00:02:46,265
从肯尼亚海岸附近的
一个前石油钻井平台发射。
49
00:02:46,266 --> 00:02:48,765
♪ ♪
50
00:02:48,766 --> 00:02:52,965
它的载荷是一颗名为
乌呼鲁的小卫星，
51
00:02:52,966 --> 00:02:55,632
这是一个斯瓦希里语单词，
意思是"自由"。
52
00:02:55,633 --> 00:02:58,832
乌呼鲁是第一台
太空望远镜
53
00:02:58,833 --> 00:03:01,965
专门用于观测X射线，
54
00:03:01,966 --> 00:03:06,432
这是我们肉眼看不见的
高能光波。
55
00:03:06,433 --> 00:03:10,832
强大的X射线源
不断轰击地球，
56
00:03:10,833 --> 00:03:15,499
但我们的大气层阻挡了它们。
57
00:03:15,500 --> 00:03:18,465
有了这台
突破性的望远镜，
58
00:03:18,466 --> 00:03:22,200
一个新的探索视野
打开了。
59
00:03:23,800 --> 00:03:27,699
但埋藏在从乌呼鲁
收集的数据中
60
00:03:27,700 --> 00:03:30,932
有一些不祥的东西。
61
00:03:30,933 --> 00:03:33,432
在1971年，
62
00:03:33,433 --> 00:03:37,365
科学家们揭示了
天鹅座星座，
63
00:03:37,366 --> 00:03:38,832
天鹅座，
64
00:03:38,833 --> 00:03:41,732
包含了直到那时
65
00:03:41,733 --> 00:03:46,866
更像是一个神话般的
数学怪兽的东西。
66
00:03:49,366 --> 00:03:52,432
一个黑洞。
67
00:03:52,433 --> 00:03:53,665
阿隆索-蒙萨尔韦：黑洞是
68
00:03:53,666 --> 00:03:55,865
宇宙中最神秘的
天体。
69
00:03:55,866 --> 00:03:58,700
也是最暴力的。
70
00:04:00,600 --> 00:04:03,499
詹娜·莱文：即使爱因斯坦
也不认为自然会允许
71
00:04:03,500 --> 00:04:05,499
如此疯狂的天体存在。
72
00:04:05,500 --> 00:04:10,132
旁白：黑洞
是可怕的怪物，
73
00:04:10,133 --> 00:04:14,133
能够吞噬
整个行星...
74
00:04:16,133 --> 00:04:18,166
整个恒星...
75
00:04:20,066 --> 00:04:24,032
甚至彼此。
76
00:04:24,033 --> 00:04:27,699
黑洞是在引力
将足够的质量
77
00:04:27,700 --> 00:04:30,165
聚集在一起时产生的
78
00:04:30,166 --> 00:04:34,032
在时空结构中
撕开一个裂口。
79
00:04:34,033 --> 00:04:36,932
凯泽：其中一些
真的是怪物级的。
80
00:04:36,933 --> 00:04:38,699
我是说，数百万、数十亿，
81
00:04:38,700 --> 00:04:39,932
甚至可能是一百亿倍
82
00:04:39,933 --> 00:04:41,365
我们太阳的质量。
83
00:04:41,366 --> 00:04:43,165
阿隆索-蒙萨尔韦：
我们实际上没有
84
00:04:43,166 --> 00:04:44,499
物理定律来预测
85
00:04:44,500 --> 00:04:46,165
当我们进入时
会发生什么。
86
00:04:46,166 --> 00:04:49,766
希望我们中没有人
会很快经历这种事。（笑）
87
00:04:55,500 --> 00:04:59,032
旁白：在第一次发现
后的几十年里，
88
00:04:59,033 --> 00:05:01,399
科学已经了解了很多关于
89
00:05:01,400 --> 00:05:04,533
这些威胁性和神秘的
毁灭天体的知识。
90
00:05:06,233 --> 00:05:08,033
它们并不那么罕见。
91
00:05:10,166 --> 00:05:12,432
超大质量黑洞
位于
92
00:05:12,433 --> 00:05:16,599
大多数大星系的中心。
93
00:05:16,600 --> 00:05:19,465
我们的星系中就有一个。
94
00:05:19,466 --> 00:05:22,699
但事实证明这些
宇宙巨兽
95
00:05:22,700 --> 00:05:26,700
也可能有阿喀琉斯之踵。
96
00:05:28,233 --> 00:05:32,699
史蒂芬·霍金在1974年
首次预测，
97
00:05:32,700 --> 00:05:35,465
科学家们认为
黑洞
98
00:05:35,466 --> 00:05:39,365
是通往遗忘的单程旅行。
99
00:05:39,366 --> 00:05:45,165
越过事件视界后，
没有任何东西能够逃脱。
100
00:05:45,166 --> 00:05:47,999
但霍金不同意。
101
00:05:48,000 --> 00:05:52,632
他理论化了确实有东西
从这些强大的巨兽中逃脱：
102
00:05:52,633 --> 00:05:55,199
辐射。
103
00:05:55,200 --> 00:05:58,465
讽刺的是，这是
最微小尺度上
104
00:05:58,466 --> 00:06:03,732
物理学的最终结果：
量子物理学。
105
00:06:03,733 --> 00:06:05,332
♪ ♪
106
00:06:05,333 --> 00:06:09,065
克利福德·约翰逊是一位
非虚构图像小说作者
107
00:06:09,066 --> 00:06:13,032
同时也是一位
理论物理学家。
108
00:06:13,033 --> 00:06:14,765
约翰逊：在量子物理学中
109
00:06:14,766 --> 00:06:16,665
发现的关键事物之一
110
00:06:16,666 --> 00:06:19,665
是空的空间
本身并不空。
111
00:06:19,666 --> 00:06:21,065
它充满了可能性。
112
00:06:21,066 --> 00:06:25,232
这里不是有
空的空间，
113
00:06:25,233 --> 00:06:29,532
而是一个粒子和它的
反粒子可以出现，
114
00:06:29,533 --> 00:06:33,132
稍微跳舞一下，
115
00:06:33,133 --> 00:06:36,365
然后湮灭
回到空的空间。
116
00:06:36,366 --> 00:06:40,232
现在，想象这发生在
黑洞视界附近，
117
00:06:40,233 --> 00:06:43,732
我们被告知
这是一扇单向门。
118
00:06:43,733 --> 00:06:48,132
如果其中一个
粒子掉进去了怎么办？
119
00:06:48,133 --> 00:06:50,365
现在伙伴没有
任何东西可以湮灭。
120
00:06:50,366 --> 00:06:54,232
所以它实际上会飞走，
121
00:06:54,233 --> 00:06:57,732
远处的观察者
会看到那个粒子
122
00:06:57,733 --> 00:07:01,666
作为来自
黑洞的辐射。
123
00:07:03,000 --> 00:07:07,232
旁白：如果不消耗
更多物质，如果它发射辐射，
124
00:07:07,233 --> 00:07:12,099
它将逐渐
缩小。
125
00:07:12,100 --> 00:07:14,699
黑洞实际上
开始蒸发。
126
00:07:14,700 --> 00:07:18,166
现在，这是一个完全
令人震惊的启示。
127
00:07:19,666 --> 00:07:22,199
旁白：被称为
霍金辐射，
128
00:07:22,200 --> 00:07:25,265
它的存在
仍然只是一个理论。
129
00:07:25,266 --> 00:07:27,699
但也许，给足够的时间...
130
00:07:27,700 --> 00:07:33,132
这是一个非常、
非常、非常长的时间...
131
00:07:33,133 --> 00:07:34,499
对于许多黑洞来说，
132
00:07:34,500 --> 00:07:37,532
比宇宙的当前
年龄还要长。
133
00:07:37,533 --> 00:07:40,832
旁白：即使是一个
超大质量黑洞，
134
00:07:40,833 --> 00:07:44,599
就像银河系
中心的那个，
135
00:07:44,600 --> 00:07:50,299
也可能蒸发并消失，
136
00:07:50,300 --> 00:07:53,032
被量子世界
137
00:07:53,033 --> 00:07:56,866
和极小尺度的
物理学所征服。
138
00:08:01,733 --> 00:08:04,365
♪ ♪
139
00:08:04,366 --> 00:08:08,199
量子世界
经常被描述为奇怪，
140
00:08:08,200 --> 00:08:12,399
在电影中确实
看起来是这样。
141
00:08:12,400 --> 00:08:13,400
珍妮特·范·戴恩：
你正在发送信号
142
00:08:13,401 --> 00:08:15,299
到量子领域。
143
00:08:15,300 --> 00:08:16,865
（女人尖叫）
144
00:08:16,866 --> 00:08:17,866
卡西！
145
00:08:17,867 --> 00:08:20,265
♪ ♪
146
00:08:20,266 --> 00:08:22,900
（低语）：我们在哪里？
147
00:08:23,933 --> 00:08:27,233
旁白：但什么
是量子物理学？
148
00:08:29,233 --> 00:08:33,699
它作为一个问题的
解决方案而出现。
149
00:08:33,700 --> 00:08:37,232
19世纪的科学
已经研究了
150
00:08:37,233 --> 00:08:41,932
越来越小的
物质和能量数量。
151
00:08:41,933 --> 00:08:45,265
但到了20世纪的
前二十年，
152
00:08:45,266 --> 00:08:48,365
粒子物理学
和波动物理学之间
153
00:08:48,366 --> 00:08:50,765
现有的界限
154
00:08:50,766 --> 00:08:54,865
变得模糊，
155
00:08:54,866 --> 00:08:56,899
特别是在试图理解
156
00:08:56,900 --> 00:09:00,200
光的基本性质时。
157
00:09:02,433 --> 00:09:05,065
凯泽：有时真的
很重要将光描述
158
00:09:05,066 --> 00:09:09,632
为一种波，作为一种在空间中
波动的延伸物体
159
00:09:09,633 --> 00:09:10,932
并随时间传播，
160
00:09:10,933 --> 00:09:14,199
类似于水中的
海浪。
161
00:09:14,200 --> 00:09:16,499
其他时候，像阿尔伯特·爱因斯坦
和其他人
162
00:09:16,500 --> 00:09:19,532
开始发现的那样，他们
真的、真的必须描述
163
00:09:19,533 --> 00:09:23,132
光的某些方面，就好像它
是一个粒子集合
164
00:09:23,133 --> 00:09:25,666
几乎像微型台球一样
运动。
165
00:09:27,266 --> 00:09:31,665
旁白：最终，答案是
一种新的物理学，
166
00:09:31,666 --> 00:09:33,532
量子力学，
167
00:09:33,533 --> 00:09:36,499
它包含了关于
粒子和波的
168
00:09:36,500 --> 00:09:39,965
思想的融合。
169
00:09:39,966 --> 00:09:45,232
它最早的表述
可以追溯到大约100年前。
170
00:09:45,233 --> 00:09:48,899
1927年在布鲁塞尔的这次会议
171
00:09:48,900 --> 00:09:51,932
是世界领先的
物理学家聚会
172
00:09:51,933 --> 00:09:55,199
讨论新形成的
理论的地方。
173
00:09:55,200 --> 00:09:56,632
（背景中人们交谈）
174
00:09:56,633 --> 00:09:59,299
旁白：有
很多要讨论的。
175
00:09:59,300 --> 00:10:03,432
因为量子力学
代表了与之前
176
00:10:03,433 --> 00:10:05,799
物理学范式的
根本背离...
177
00:10:05,800 --> 00:10:09,899
我们今天称之为
"经典物理学"。
178
00:10:09,900 --> 00:10:11,599
卡罗尔：在经典物理学中，
179
00:10:11,600 --> 00:10:14,465
由牛顿传下来的，
我们有决定论。
180
00:10:14,466 --> 00:10:16,432
我们有发条宇宙。
181
00:10:16,433 --> 00:10:19,732
所以如果你扔一个球...
那是一个经典物体...
182
00:10:19,733 --> 00:10:21,565
用相同的力，
相同的速度，
183
00:10:21,566 --> 00:10:22,899
相同的角度，
184
00:10:22,900 --> 00:10:24,465
它总是会到达
同一个地方，对吧？
185
00:10:24,466 --> 00:10:28,232
原则上，如果你
确切地知道
186
00:10:28,233 --> 00:10:30,299
整个世界的状态，
187
00:10:30,300 --> 00:10:32,065
并且你知道
物理定律，
188
00:10:32,066 --> 00:10:35,632
你可以准确预测
一切将要做什么
189
00:10:35,633 --> 00:10:38,533
任意远的未来
和过去。
190
00:10:40,433 --> 00:10:42,432
旁白：在经典物理学中，
191
00:10:42,433 --> 00:10:47,465
即使我们认为是随机的
事件实际上也不是。
192
00:10:47,466 --> 00:10:48,865
哈基姆·奥卢塞伊：有些事情
193
00:10:48,866 --> 00:10:50,932
在我们的日常生活中
看起来是随机的，
194
00:10:50,933 --> 00:10:52,632
比如掷骰子。
195
00:10:52,633 --> 00:10:54,000
看起来是随机的，对吧？
196
00:10:55,233 --> 00:10:57,265
但实际上，这是
一个确定性的
197
00:10:57,266 --> 00:10:59,199
事件集合，导致
198
00:10:59,200 --> 00:11:01,965
骰子显示的任何结果。
199
00:11:01,966 --> 00:11:04,799
如果我告诉你我将如何
掷骰子...
200
00:11:04,800 --> 00:11:07,932
奥卢塞伊：你可以预测，
基于那个初始投掷，
201
00:11:07,933 --> 00:11:09,699
最终结果
将是什么。
202
00:11:09,700 --> 00:11:11,699
这是一个非常困难的
数学问题，
203
00:11:11,700 --> 00:11:13,032
但它不是不可解决的。
204
00:11:13,033 --> 00:11:15,699
在量子力学上，
情况并非如此。
205
00:11:15,700 --> 00:11:20,299
旁白：量子力学
抛弃了经典
206
00:11:20,300 --> 00:11:23,732
发条宇宙的
确定性
207
00:11:23,733 --> 00:11:27,599
转而只允许对潜在
观测进行
208
00:11:27,600 --> 00:11:31,999
概率性预测。
209
00:11:32,000 --> 00:11:34,399
量子物理学中的概率
是不同的。
210
00:11:34,400 --> 00:11:36,599
因为即使我们有
211
00:11:36,600 --> 00:11:39,499
最完整的描述
212
00:11:39,500 --> 00:11:43,199
物理定律
允许我们拥有的，
213
00:11:43,200 --> 00:11:45,632
通常，我们
无法预测
214
00:11:45,633 --> 00:11:49,532
当我们观察量子系统时
我们将看到什么。
215
00:11:49,533 --> 00:11:53,365
卡罗尔：量子力学说
我们可以知道现在所有可知的
216
00:11:53,366 --> 00:11:55,332
关于设置的一切。
217
00:11:55,333 --> 00:11:58,299
然而，当我们想要
在未来对其进行测量时，
218
00:11:58,300 --> 00:12:00,365
我们能做的最好的就是说，
219
00:12:00,366 --> 00:12:02,699
"有50%的机会
得到这个结果，
220
00:12:02,700 --> 00:12:05,465
30%的机会得到那个，
20%的机会得到那个。"
221
00:12:05,466 --> 00:12:07,199
在量子理论中，
222
00:12:07,200 --> 00:12:11,399
概率不是我们
不知道的事物的度量。
223
00:12:11,400 --> 00:12:14,165
它们只是量子理论
固有的特性。
224
00:12:14,166 --> 00:12:15,365
我们无法绕过它们。
225
00:12:15,366 --> 00:12:16,900
这是不可能的。
226
00:12:18,766 --> 00:12:21,599
旁白：一些在决定论中
成长的物理学家
227
00:12:21,600 --> 00:12:26,199
难以接受
这种新的概率观点。
228
00:12:26,200 --> 00:12:30,265
阿尔伯特·爱因斯坦著名地
说他不相信
229
00:12:30,266 --> 00:12:34,166
上帝与宇宙
玩骰子。
230
00:12:36,333 --> 00:12:40,165
但量子力学还有另一个
相关的、甚至更奇怪的方面。
231
00:12:40,166 --> 00:12:42,233
量子力学。
232
00:12:43,866 --> 00:12:47,199
在经典物理学中，
233
00:12:47,200 --> 00:12:49,632
外部现实是
独立于观察者的。
234
00:12:49,633 --> 00:12:54,399
看月亮
不会改变月亮。
235
00:12:54,400 --> 00:12:56,799
如果你看向别处，
236
00:12:56,800 --> 00:12:58,499
确定性的
物理定律
237
00:12:58,500 --> 00:13:01,700
继续引导
月亮在其轨道上运行。
238
00:13:03,066 --> 00:13:06,833
但在量子力学中，
事情更奇怪。
239
00:13:08,900 --> 00:13:10,799
卡罗尔：量子力学的
基本思想，
240
00:13:10,800 --> 00:13:13,165
我们真正
努力理解的东西
241
00:13:13,166 --> 00:13:15,965
即使作为专业物理学家，
242
00:13:15,966 --> 00:13:19,799
是与任何其他
物理学版本不同，
243
00:13:19,800 --> 00:13:23,599
量子力学将系统中
发生的事情分离
244
00:13:23,600 --> 00:13:26,299
当我们不观察它时
245
00:13:26,300 --> 00:13:27,900
与我们测量时
看到的分离。
246
00:13:31,266 --> 00:13:34,832
旁白：除了少数
罕见的例外，
247
00:13:34,833 --> 00:13:37,499
量子力学
说我们无法知道
248
00:13:37,500 --> 00:13:40,165
像电子这样的
粒子的位置
249
00:13:40,166 --> 00:13:44,332
当我们不观察它时。
250
00:13:44,333 --> 00:13:47,565
充其量，它只能在
数学上被描述
251
00:13:47,566 --> 00:13:49,799
为一个波，
252
00:13:49,800 --> 00:13:55,232
其确切位置
以概率给出。
253
00:13:55,233 --> 00:13:58,999
但在粒子被
观察的那一刻，
254
00:13:59,000 --> 00:14:02,465
概率波
函数坍缩
255
00:14:02,466 --> 00:14:06,100
到一个特定位置。
256
00:14:07,500 --> 00:14:11,132
对于从未看到这种
波状性质的观察者来说，
257
00:14:11,133 --> 00:14:17,532
就像粒子
一直都是粒子一样。
258
00:14:17,533 --> 00:14:19,865
这打开了一个完整的
问题世界，你知道吗？
259
00:14:19,866 --> 00:14:23,432
那些没有被观察的
观测结果
260
00:14:23,433 --> 00:14:25,099
会发生什么？
261
00:14:25,100 --> 00:14:27,599
是什么选择了哪个
结果将要发生？
262
00:14:27,600 --> 00:14:30,300
这仍然是我们今天
思考的问题。
263
00:14:31,366 --> 00:14:33,665
旁白：在那个
神秘的时期，
264
00:14:33,666 --> 00:14:36,899
当粒子被认为
既不在这里也不在那里时，
265
00:14:36,900 --> 00:14:41,699
它被称为处于
叠加态...
266
00:14:41,700 --> 00:14:47,665
在某种意义上，是所有
可能结果的组合。
267
00:14:47,666 --> 00:14:50,499
但这真正意味着什么？
268
00:14:50,500 --> 00:14:52,932
电子是否同时
在任何地方？
269
00:14:52,933 --> 00:14:54,632
它是否根本不在任何地方？
270
00:14:54,633 --> 00:14:57,665
它是否在一个特定的地方
而我们只是不知道？
271
00:14:57,666 --> 00:15:00,599
所有这些问题
实际上都在
272
00:15:00,600 --> 00:15:03,865
量子理论本身
实际能回答的范围之外。
273
00:15:03,866 --> 00:15:05,699
它根本不是
理论的一部分。
274
00:15:05,700 --> 00:15:07,632
所以如果你问我，你的
猜测和我的一样好。
275
00:15:07,633 --> 00:15:11,165
（轻笑）：不幸的是，
这是我能做的最好的。
276
00:15:11,166 --> 00:15:13,832
♪ ♪
277
00:15:13,833 --> 00:15:16,632
旁白：对大多数人来说，
量子力学仍然
278
00:15:16,633 --> 00:15:19,665
深深地违反直觉。
279
00:15:19,666 --> 00:15:24,332
然而它一次又一次地
证明了自己
280
00:15:24,333 --> 00:15:27,132
通过以惊人的准确性
进行预测。
281
00:15:27,133 --> 00:15:29,432
在实际意义上，
282
00:15:29,433 --> 00:15:34,132
它是科学有史以来
产生的最成功的理论，
283
00:15:34,133 --> 00:15:37,332
它塑造了
我们的现代生活。
284
00:15:37,333 --> 00:15:39,365
♪ ♪
285
00:15:39,366 --> 00:15:41,665
奥卢塞伊：量子
物理学不仅
286
00:15:41,666 --> 00:15:43,565
重要，它还
具有革命性。
287
00:15:43,566 --> 00:15:44,932
它完全改变了
288
00:15:44,933 --> 00:15:47,299
我们过去的生活方式
变成了我们现在的生活方式。
289
00:15:47,300 --> 00:15:50,099
♪ ♪
290
00:15:50,100 --> 00:15:53,599
旁白：以我们的
时间感为例。
291
00:15:53,600 --> 00:15:58,232
（探戈音乐播放）
292
00:15:58,233 --> 00:16:02,199
也许没有更好的
例证
293
00:16:02,200 --> 00:16:03,665
我们与它的
亲密关系
294
00:16:03,666 --> 00:16:05,165
比音乐和舞蹈。
295
00:16:05,166 --> 00:16:09,299
♪ ♪
296
00:16:09,300 --> 00:16:11,799
福蒂埃：探戈的
基本动作
297
00:16:11,800 --> 00:16:15,199
依赖于节拍，
节拍依赖于时机，
298
00:16:15,200 --> 00:16:16,999
这创造了同步性。
299
00:16:17,000 --> 00:16:20,532
要创造一个真正流畅的舞蹈，
300
00:16:20,533 --> 00:16:23,665
仅仅在节拍上
同步是不够的。
301
00:16:23,666 --> 00:16:25,932
节拍之间的
302
00:16:25,933 --> 00:16:27,799
同步性
也很重要。
303
00:16:27,800 --> 00:16:29,565
这就是其中真正的美，
304
00:16:29,566 --> 00:16:31,765
在通过
找到那种联系，
305
00:16:31,766 --> 00:16:34,199
延伸那一秒。
306
00:16:34,200 --> 00:16:37,400
♪ ♪
307
00:16:41,500 --> 00:16:45,099
旁白：塔拉·福蒂埃
是一位探戈专业人士
308
00:16:45,100 --> 00:16:48,765
也是一位深度参与
309
00:16:48,766 --> 00:16:51,399
时间科学的物理学家。
310
00:16:51,400 --> 00:16:53,299
所以，我们在这个实验室里
有很多系统。
311
00:16:53,300 --> 00:16:54,300
旁白：她在这里工作...
312
00:16:54,301 --> 00:16:55,665
这些系统用于
313
00:16:55,666 --> 00:16:57,432
表征原子钟，
314
00:16:57,433 --> 00:16:59,132
以及比较原子钟。
315
00:16:59,133 --> 00:17:02,332
旁白：在科罗拉多州
博尔德的实验室
316
00:17:02,333 --> 00:17:05,632
国家标准与技术研究院，
317
00:17:05,633 --> 00:17:08,032
或NIST，
318
00:17:08,033 --> 00:17:10,432
一些原子钟的
家园
319
00:17:10,433 --> 00:17:14,700
帮助为国家设定
官方时间。
320
00:17:16,633 --> 00:17:17,932
几个世纪以来，
321
00:17:17,933 --> 00:17:20,465
我们以各种方式
追踪时间：
322
00:17:20,466 --> 00:17:22,732
通过太阳的运动，
323
00:17:22,733 --> 00:17:25,565
钟摆的摆动，
324
00:17:25,566 --> 00:17:27,932
弹簧的振荡，
325
00:17:27,933 --> 00:17:29,799
在20世纪，
326
00:17:29,800 --> 00:17:33,299
石英晶体的
振动。
327
00:17:33,300 --> 00:17:36,132
但自1960年代以来，
328
00:17:36,133 --> 00:17:38,932
时间已经被
正式确定
329
00:17:38,933 --> 00:17:41,799
使用原子钟
330
00:17:41,800 --> 00:17:45,165
和原子的量子
特性。
331
00:17:45,166 --> 00:17:47,999
这个想法是物理定律
是不变的，
332
00:17:48,000 --> 00:17:50,299
不像地球的
自转这样的东西。
333
00:17:50,300 --> 00:17:52,432
地球本身的
自转可能会改变
334
00:17:52,433 --> 00:17:53,832
因为板块构造，
335
00:17:53,833 --> 00:17:56,465
因为月球正在
远离地球。
336
00:17:56,466 --> 00:17:58,799
它的物理学不是
真正基础的。
337
00:17:58,800 --> 00:18:02,265
叶军：我们喜欢
原子钟的原因，
338
00:18:02,266 --> 00:18:04,365
它是一个普遍定义的时间。
339
00:18:04,366 --> 00:18:06,132
无论谁
做实验，
340
00:18:06,133 --> 00:18:08,199
无论你在哪里
做实验，
341
00:18:08,200 --> 00:18:09,799
你知道，原则上，
一旦你纠正了
342
00:18:09,800 --> 00:18:11,832
所有系统性影响，
343
00:18:11,833 --> 00:18:14,933
无论在哪里你都应该
产生相同的时间。
344
00:18:17,466 --> 00:18:20,899
旁白：原子钟的
一致性来源于
345
00:18:20,900 --> 00:18:24,632
原子的本质。
346
00:18:24,633 --> 00:18:27,399
原子钟关键地依赖于
347
00:18:27,400 --> 00:18:29,265
原子的量子物理学。
348
00:18:29,266 --> 00:18:33,532
你有一个原子核，
349
00:18:33,533 --> 00:18:35,899
周围有电子
350
00:18:35,900 --> 00:18:38,365
在某些能级上。
351
00:18:38,366 --> 00:18:41,399
这些能级是
可能的能量状态
352
00:18:41,400 --> 00:18:44,965
电子在原子内部
可以拥有的。
353
00:18:44,966 --> 00:18:49,299
旁白：由于电子
只能在某些能级上
354
00:18:49,300 --> 00:18:53,432
而不能在中间，
要到达更高的能级，
355
00:18:53,433 --> 00:18:57,299
它需要遇到一个
非常特定的帮助，
356
00:18:57,300 --> 00:19:01,300
比如一个特定的光子。
357
00:19:03,266 --> 00:19:05,899
如果它要吸收
一个入射光子，
358
00:19:05,900 --> 00:19:08,499
它必须具有
恰好正确的能量
359
00:19:08,500 --> 00:19:12,499
从一个能级
跳跃到更高的能级。
360
00:19:12,500 --> 00:19:14,399
旁白：那种
特殊关系
361
00:19:14,400 --> 00:19:17,265
在特定原子的
电子之间
362
00:19:17,266 --> 00:19:20,265
和特定能级的
光子之间
363
00:19:20,266 --> 00:19:23,765
是该原子的
独特签名。
364
00:19:23,766 --> 00:19:27,033
它被称为
"共振频率"。
365
00:19:28,833 --> 00:19:31,499
约翰逊：所以这个原子的
特征签名
366
00:19:31,500 --> 00:19:34,332
给我们一个非常特定的
频率标准
367
00:19:34,333 --> 00:19:38,566
我们可以用它来构建
一个计时设备。
368
00:19:39,733 --> 00:19:42,665
旁白：原子钟
以不同的方式工作，
369
00:19:42,666 --> 00:19:45,765
但它们都使用
特定类型的原子
370
00:19:45,766 --> 00:19:49,132
或分子作为
参考来锁定
371
00:19:49,133 --> 00:19:52,399
电磁波的
频率，
372
00:19:52,400 --> 00:19:56,800
其振荡提供
时钟的"滴答声"。
373
00:20:00,133 --> 00:20:03,732
今天，一秒
被正式定义
374
00:20:03,733 --> 00:20:06,165
通过计算振荡
375
00:20:06,166 --> 00:20:08,665
铯-133原子的
主要共振频率
376
00:20:08,666 --> 00:20:11,633
的振荡。
377
00:20:13,500 --> 00:20:18,033
那是每秒超过
九十亿次振荡。
378
00:20:19,733 --> 00:20:22,632
你与那个时间参考
的互动
379
00:20:22,633 --> 00:20:24,432
比你想象的要多。
380
00:20:24,433 --> 00:20:28,832
例如，通过
全球定位系统：
381
00:20:28,833 --> 00:20:30,932
GPS。
382
00:20:30,933 --> 00:20:33,732
♪ ♪
383
00:20:33,733 --> 00:20:34,899
GPS：左转。
384
00:20:34,900 --> 00:20:36,499
福蒂埃：我认为GPS
385
00:20:36,500 --> 00:20:38,499
实际上有点疯狂，
当你想到它时。
386
00:20:38,500 --> 00:20:40,966
在GPS之前我们
是怎么做任何事的？
387
00:20:42,233 --> 00:20:45,332
旁白：基于美国的
GPS系统
388
00:20:45,333 --> 00:20:48,465
使用超过30颗专用的
轨道卫星，
389
00:20:48,466 --> 00:20:52,199
每颗都有多个
原子钟。
390
00:20:52,200 --> 00:20:54,432
当你在手机上
使用GPS时，
391
00:20:54,433 --> 00:20:57,965
它的接收器检查信号
392
00:20:57,966 --> 00:21:00,999
来自四颗或更多卫星。
393
00:21:01,000 --> 00:21:03,765
信号包含信息
394
00:21:03,766 --> 00:21:08,665
关于卫星的位置
和它发送信号的时间。
395
00:21:08,666 --> 00:21:11,499
那个时间戳是关键的。
396
00:21:11,500 --> 00:21:15,232
你的手机用它来
计算接收
397
00:21:15,233 --> 00:21:17,965
信号花了多长时间，
从中
398
00:21:17,966 --> 00:21:20,965
知道到卫星的
距离。
399
00:21:20,966 --> 00:21:24,732
有了来自多颗卫星的
那些信息，
400
00:21:24,733 --> 00:21:27,832
可以三角测量
手机的位置
401
00:21:27,833 --> 00:21:30,200
在几码范围内。
402
00:21:31,800 --> 00:21:36,732
但整个系统
依赖于知道时间。
403
00:21:36,733 --> 00:21:39,432
福蒂埃：最终，
我觉得很惊人，
404
00:21:39,433 --> 00:21:42,565
我们对原子钟的
强烈承诺和依赖
405
00:21:42,566 --> 00:21:44,565
以及我们多么
认为这是理所当然的。
406
00:21:44,566 --> 00:21:46,399
尽管我
制造原子钟，
407
00:21:46,400 --> 00:21:47,765
但当我开车时，
408
00:21:47,766 --> 00:21:49,165
被这个GPS服务
引导，
409
00:21:49,166 --> 00:21:51,865
你真的不会意识到
410
00:21:51,866 --> 00:21:54,465
原子钟技术
已经渗透到
411
00:21:54,466 --> 00:21:57,000
现代生活的各个地方。
412
00:21:59,466 --> 00:22:04,032
♪ ♪
413
00:22:04,033 --> 00:22:05,632
你有机会看看
414
00:22:05,633 --> 00:22:08,232
更系统地
改变V-Z吗？
415
00:22:08,233 --> 00:22:11,599
旁白：叶军是一位
有联合任命的物理学家：
416
00:22:11,600 --> 00:22:14,365
在NIST，
417
00:22:14,366 --> 00:22:16,165
科罗拉多大学
博尔德分校，
418
00:22:16,166 --> 00:22:19,165
以及他们的联合研究所JILA。
419
00:22:19,166 --> 00:22:21,465
如果你完全锁定
在彼此之上
420
00:22:21,466 --> 00:22:23,899
看看那个峰值
是否完全消失？
421
00:22:23,900 --> 00:22:27,999
旁白：他致力于
新一代原子钟，
422
00:22:28,000 --> 00:22:31,999
被称为光学原子钟。
423
00:22:32,000 --> 00:22:33,599
虽然铯钟
424
00:22:33,600 --> 00:22:34,865
使用微波，
425
00:22:34,866 --> 00:22:37,032
光学钟使用激光，
426
00:22:37,033 --> 00:22:40,765
它们以更高的频率运行。
427
00:22:40,766 --> 00:22:44,632
这也意味着
使用不同的原子。
428
00:22:44,633 --> 00:22:49,899
叶军的工作主要使用锶原子，
而不是铯，
429
00:22:49,900 --> 00:22:52,565
以及一个精心调谐的
激光
430
00:22:52,566 --> 00:22:56,599
到锶的
共振频率之一。
431
00:22:56,600 --> 00:23:02,032
它将锶的一个
电子置于叠加态，
432
00:23:02,033 --> 00:23:07,432
所以它同时既是激发的
又是未激发的，
433
00:23:07,433 --> 00:23:12,599
创造了叶军所称的
量子钟摆。
434
00:23:12,600 --> 00:23:15,932
这个钟摆以
一个速度摆动
435
00:23:15,933 --> 00:23:19,099
接近每秒一百万
亿次循环。
436
00:23:19,100 --> 00:23:21,965
它来回摆动，
来回摆动。
437
00:23:21,966 --> 00:23:25,399
这种叠加态
创造了这个量子钟摆。
438
00:23:25,400 --> 00:23:27,965
旁白：当涉及到
准确性时，
439
00:23:27,966 --> 00:23:31,165
更多的摆动或更高的频率
440
00:23:31,166 --> 00:23:33,565
等于更高的精度。
441
00:23:33,566 --> 00:23:37,499
如果你把摆动
想象成尺子上的刻度，
442
00:23:37,500 --> 00:23:42,399
刻度越多，你就能
测量得越精确。
443
00:23:42,400 --> 00:23:46,865
所以，与铯钟相比，
叶军的锶钟
444
00:23:46,866 --> 00:23:51,700
精确度大约高
10万倍。
445
00:23:53,066 --> 00:23:56,865
如此高的灵敏度
使得时间的一些
446
00:23:56,866 --> 00:23:59,832
更奇怪的方面
变得更加明显，
447
00:23:59,833 --> 00:24:04,465
包括爱因斯坦
首次预测的一个：
448
00:24:04,466 --> 00:24:07,799
引力时间膨胀。
449
00:24:07,800 --> 00:24:10,332
在电影《星际穿越》中，
450
00:24:10,333 --> 00:24:13,132
宇宙飞船的部分船员
451
00:24:13,133 --> 00:24:15,665
乘坐穿梭机
降落到一个行星
452
00:24:15,666 --> 00:24:19,566
围绕一个
超大质量黑洞运行。
453
00:24:22,433 --> 00:24:23,765
当穿梭机返回时，
454
00:24:23,766 --> 00:24:25,399
执行任务的人感觉
455
00:24:25,400 --> 00:24:27,632
他们只离开了
三个小时，
456
00:24:27,633 --> 00:24:30,799
但留在轨道上的
船员却不是这样。
457
00:24:30,800 --> 00:24:32,265
你好，罗姆。
458
00:24:32,266 --> 00:24:34,232
我等了好多年。
459
00:24:34,233 --> 00:24:38,065
凯斯：23年，四个月，
八天。
460
00:24:38,066 --> 00:24:40,499
旁白：时间的差异
是另一个效应
461
00:24:40,500 --> 00:24:45,165
黑洞对时空结构
的扭曲。
462
00:24:45,166 --> 00:24:48,599
扭曲不仅意味着
引力变得更强
463
00:24:48,600 --> 00:24:53,865
越接近黑洞，
时间也变得更慢。
464
00:24:53,866 --> 00:24:57,932
你不需要黑洞
就能测量它。
465
00:24:57,933 --> 00:25:02,065
即使在地球上，引力也会变化，
466
00:25:02,066 --> 00:25:05,199
时间也是如此，
基于距离
467
00:25:05,200 --> 00:25:07,732
行星中心的距离。
468
00:25:07,733 --> 00:25:12,099
所以在帝国大厦
顶部的人
469
00:25:12,100 --> 00:25:14,765
经历更弱的引力
470
00:25:14,766 --> 00:25:16,932
时间走得更快
471
00:25:16,933 --> 00:25:18,999
比街道水平的人，
472
00:25:19,000 --> 00:25:21,599
那里引力更强。
473
00:25:21,600 --> 00:25:25,099
但这一切都发生得
难以察觉。
474
00:25:25,100 --> 00:25:28,199
我们的手表
不够精确
475
00:25:28,200 --> 00:25:30,966
无法显示差异。
476
00:25:32,000 --> 00:25:35,632
但叶军的光学钟
如此精确
477
00:25:35,633 --> 00:25:40,565
即使两个时钟之间
海拔的微小差异
478
00:25:40,566 --> 00:25:46,632
也会揭示时间流逝中的
差异。
479
00:25:46,633 --> 00:25:49,199
当时钟的海拔改变
几百微米时，
480
00:25:49,200 --> 00:25:52,099
基本上是人类头发的大小，
481
00:25:52,100 --> 00:25:53,865
你将开始能够看到
482
00:25:53,866 --> 00:25:55,365
时间实际上
运行得不同。
483
00:25:55,366 --> 00:25:58,299
♪ ♪
484
00:25:58,300 --> 00:26:02,532
旁白：有了如此高的
精度，时钟转变
485
00:26:02,533 --> 00:26:04,165
成为不仅仅是
计时器的东西。
486
00:26:04,166 --> 00:26:09,699
它成为了解
宇宙本质的新窗口。
487
00:26:09,700 --> 00:26:11,965
♪ ♪
488
00:26:11,966 --> 00:26:15,565
叶军：制造时钟远不止
是一个计时的设备。
489
00:26:15,566 --> 00:26:19,032
它是探索
基础物理学的传感器，
490
00:26:19,033 --> 00:26:21,999
扩展我们的好奇心，
491
00:26:22,000 --> 00:26:24,932
构建可以连接到
492
00:26:24,933 --> 00:26:27,665
量子计算、
量子信息处理
493
00:26:27,666 --> 00:26:29,500
和通信的新技术。
494
00:26:35,333 --> 00:26:37,432
♪ ♪
495
00:26:37,433 --> 00:26:41,665
旁白：使叶军的精密
原子钟工作的核心
496
00:26:41,666 --> 00:26:45,899
是超稳定激光器，
497
00:26:45,900 --> 00:26:50,732
它们本身也是
一种量子技术。
498
00:26:50,733 --> 00:26:53,532
它们可以追溯到1960年代。
499
00:26:53,533 --> 00:26:56,399
金手指：你正在
看一个工业激光器，
500
00:26:56,400 --> 00:26:58,332
它发出一种
非凡的光
501
00:26:58,333 --> 00:26:59,532
在自然界中找不到。
502
00:26:59,533 --> 00:27:00,965
我来给你演示。
503
00:27:00,966 --> 00:27:02,932
（激光破裂声）
504
00:27:02,933 --> 00:27:05,299
旁白：这个来自1964年
《金手指》的场景
505
00:27:05,300 --> 00:27:08,999
据说是这种新的
尖端技术的
506
00:27:09,000 --> 00:27:11,965
首批流行描述之一。
507
00:27:11,966 --> 00:27:13,699
我想你已经表明了
你的观点，金手指。
508
00:27:13,700 --> 00:27:14,980
谢谢你的演示。
509
00:27:16,133 --> 00:27:20,699
♪ ♪
510
00:27:20,700 --> 00:27:25,200
旁白：今天，
激光无处不在。
511
00:27:27,600 --> 00:27:30,565
有用于矫正视力的
医用激光，
512
00:27:30,566 --> 00:27:33,432
收银台的激光，
513
00:27:33,433 --> 00:27:36,132
用于切割的激光，
514
00:27:36,133 --> 00:27:37,465
通信，
515
00:27:37,466 --> 00:27:39,332
娱乐猫咪，
516
00:27:39,333 --> 00:27:43,365
当然，还有灯光秀。
517
00:27:43,366 --> 00:27:46,032
（人群欢呼）
518
00:27:46,033 --> 00:27:49,499
旁白：这鼓励我们所有人
享受光的奇妙。
519
00:27:49,500 --> 00:27:54,566
（乐队演奏）
520
00:27:59,866 --> 00:28:01,865
（欢呼）
521
00:28:01,866 --> 00:28:04,766
（演奏音符）
522
00:28:06,166 --> 00:28:07,632
（音符停止）
523
00:28:07,633 --> 00:28:09,265
旁白：这可能就是为什么...
524
00:28:09,266 --> 00:28:11,232
♪ ♪
525
00:28:11,233 --> 00:28:14,165
实验物理学家
拉纳·阿迪卡里
526
00:28:14,166 --> 00:28:18,565
专注于激光。
527
00:28:18,566 --> 00:28:19,865
当我谈论
528
00:28:19,866 --> 00:28:21,532
激光作为仪器
有多美丽时，
529
00:28:21,533 --> 00:28:23,399
我不想过分
滔滔不绝。
530
00:28:23,400 --> 00:28:24,932
就像，我爱上了
激光，我不知道。
531
00:28:24,933 --> 00:28:26,165
我感觉像个怪异的狂热者
532
00:28:26,166 --> 00:28:27,965
或类似的东西，但是...
533
00:28:27,966 --> 00:28:29,646
它们就是，它们有
某种特质。
534
00:28:30,566 --> 00:28:34,165
旁白：要理解
激光光如此特殊的原因，
535
00:28:34,166 --> 00:28:38,765
看看普通的灯泡
是有意义的...
536
00:28:38,766 --> 00:28:41,799
老式的那种，
带钨丝的。
537
00:28:41,800 --> 00:28:46,699
它通过热辐射
产生光...
538
00:28:46,700 --> 00:28:49,699
通过灯丝的
电流
539
00:28:49,700 --> 00:28:51,265
加热它。
540
00:28:51,266 --> 00:28:54,632
它的钨原子
变得激发
541
00:28:54,633 --> 00:28:57,299
并以不同的速度振动，
542
00:28:57,300 --> 00:28:59,665
这导致它们
发射光子
543
00:28:59,666 --> 00:29:04,865
向各个方向，跨越
各种波长。
544
00:29:04,866 --> 00:29:10,799
与激光相比，
这是混乱。
545
00:29:10,800 --> 00:29:12,865
阿迪卡里：你应该
这样想象灯泡
546
00:29:12,866 --> 00:29:13,866
就像，
547
00:29:13,867 --> 00:29:15,332
它们只是一群人，
548
00:29:15,333 --> 00:29:17,099
都以不同的音调唱歌，
549
00:29:17,100 --> 00:29:18,832
所以就像摇滚
音乐会观众。
550
00:29:18,833 --> 00:29:22,132
人群（唱歌）：♪
我们将，我们将震撼你 ♪
551
00:29:22,133 --> 00:29:24,599
但激光，激光
更像是
552
00:29:24,600 --> 00:29:27,899
如果你去茱莉亚音乐学院或
伯克利音乐学院
553
00:29:27,900 --> 00:29:29,932
去听音乐会。
554
00:29:29,933 --> 00:29:33,499
（以一个音调唱歌）
555
00:29:33,500 --> 00:29:35,365
阿迪卡里：就像
一个人的合唱团
556
00:29:35,366 --> 00:29:36,765
拥有完美音调的，
557
00:29:36,766 --> 00:29:37,999
但这是一个
类似于
558
00:29:38,000 --> 00:29:39,999
一百万万亿人的合唱团
559
00:29:40,000 --> 00:29:41,933
同时唱歌，
同一个音调。
560
00:29:43,133 --> 00:29:44,999
旁白：这是因为
561
00:29:45,000 --> 00:29:46,599
激光光是以
562
00:29:46,600 --> 00:29:48,565
完全不同的方式产生的，
563
00:29:48,566 --> 00:29:50,799
这个事实隐藏在它的名字中：
564
00:29:50,800 --> 00:29:53,465
受激发射。
565
00:29:53,466 --> 00:29:55,699
假设我们在原子内部
有一个
566
00:29:55,700 --> 00:29:59,032
处于某种激发态的
电子，
567
00:29:59,033 --> 00:30:01,332
某个更高的能级，
568
00:30:01,333 --> 00:30:03,132
现在一个恰好正确频率的
光子
569
00:30:03,133 --> 00:30:06,199
经过原子。
570
00:30:06,200 --> 00:30:09,965
它触发原子
做一些有趣的事情。
571
00:30:09,966 --> 00:30:15,065
电子失去能量
并转到较低的能量，
572
00:30:15,066 --> 00:30:20,332
并发射一个
精确相同频率的光子
573
00:30:20,333 --> 00:30:21,932
与进入的那个一样。
574
00:30:21,933 --> 00:30:24,665
它朝同一个方向前进
并且具有相同的相位。
575
00:30:24,666 --> 00:30:26,765
所以我们在那里拥有的是
576
00:30:26,766 --> 00:30:28,632
一个量子力学
放大过程。
577
00:30:28,633 --> 00:30:33,199
旁白：如果我们将一组
相同的激发原子
578
00:30:33,200 --> 00:30:36,899
放在一个两端都有
镜子的腔室内，
579
00:30:36,900 --> 00:30:41,832
发射的光子将
来回反弹，
580
00:30:41,833 --> 00:30:46,665
继续刺激
更多光子的发射，
581
00:30:46,666 --> 00:30:51,765
这反过来刺激
更多的光子。
582
00:30:51,766 --> 00:30:55,732
其中一个镜子
只是部分反射的。
583
00:30:55,733 --> 00:31:00,232
它允许一些
光逃逸。
584
00:31:00,233 --> 00:31:02,099
现在，那种光非常特殊。
585
00:31:02,100 --> 00:31:04,432
它由光子组成
586
00:31:04,433 --> 00:31:06,265
它们都是
相同的频率...
587
00:31:06,266 --> 00:31:10,032
所以，相同的颜色...并且
它们都是相同的相位，
588
00:31:10,033 --> 00:31:11,799
并且都朝着
同一个方向。
589
00:31:11,800 --> 00:31:14,165
所以你有这个
强烈的纯光束，
590
00:31:14,166 --> 00:31:15,832
那就是激光。
591
00:31:15,833 --> 00:31:18,532
♪ ♪
592
00:31:18,533 --> 00:31:22,565
旁白：激光已被证明
是一个极其多功能的工具，
593
00:31:22,566 --> 00:31:25,933
包括用于
测量距离。
594
00:31:27,933 --> 00:31:30,399
拉纳与稳定
高频激光的工作
595
00:31:30,400 --> 00:31:33,199
将其推向极端。
596
00:31:33,200 --> 00:31:35,299
当你使用它们时，
597
00:31:35,300 --> 00:31:37,499
你处于一个完全不同的
测量领域
598
00:31:37,500 --> 00:31:38,965
比任何其他
与尺子有关的东西
599
00:31:38,966 --> 00:31:40,265
和任何其他东西。
600
00:31:40,266 --> 00:31:42,732
任何真正的专业人士
601
00:31:42,733 --> 00:31:45,199
都知道你唯一
测量的东西
602
00:31:45,200 --> 00:31:46,332
是频率。
603
00:31:46,333 --> 00:31:47,665
如果你在测量
其他任何东西，
604
00:31:47,666 --> 00:31:49,033
你有点像业余的。
605
00:31:51,966 --> 00:31:53,832
旁白：由于
光速的固定，
606
00:31:53,833 --> 00:31:56,099
高频激光的
光束
607
00:31:56,100 --> 00:31:59,199
具有令人难以置信的
短波长，
608
00:31:59,200 --> 00:32:04,433
非常适合测量极其
微小的距离变化。
609
00:32:05,800 --> 00:32:09,399
自1996年以来，拉纳一直
是一个项目的一部分
610
00:32:09,400 --> 00:32:11,499
该项目使用激光
611
00:32:11,500 --> 00:32:16,199
来测量一些
令人难以置信、难以想象的小...
612
00:32:16,200 --> 00:32:17,432
和奇怪的东西：
613
00:32:17,433 --> 00:32:20,099
微小的波动
614
00:32:20,100 --> 00:32:24,399
在时空本身的
结构中。
615
00:32:24,400 --> 00:32:26,865
时空会波动。
616
00:32:26,866 --> 00:32:29,232
它们不是固定的
东西，所以，
617
00:32:29,233 --> 00:32:31,265
我两只手之间的
距离
618
00:32:31,266 --> 00:32:33,346
如果我保持稳定，
并不总是这样。
619
00:32:34,500 --> 00:32:36,565
旁白：这个想法，
像许多其他想法一样，
620
00:32:36,566 --> 00:32:38,700
可以追溯到爱因斯坦。
621
00:32:39,800 --> 00:32:42,799
在20世纪初，
他的工作导致
622
00:32:42,800 --> 00:32:46,732
将空间和时间
合并为一个概念：
623
00:32:46,733 --> 00:32:48,699
时空。
624
00:32:48,700 --> 00:32:51,865
他理论化引力
625
00:32:51,866 --> 00:32:54,499
是那个时空结构的
扭曲
626
00:32:54,500 --> 00:32:57,665
由物体的质量造成的。
627
00:32:57,666 --> 00:33:02,065
但这带来了一个
令人震惊的含义，
628
00:33:02,066 --> 00:33:05,032
有质量物体的
加速
629
00:33:05,033 --> 00:33:08,465
会在时空中
产生涟漪
630
00:33:08,466 --> 00:33:11,599
以光速
传播：
631
00:33:11,600 --> 00:33:15,232
引力波。
632
00:33:15,233 --> 00:33:16,732
蒂芙尼·尼科尔斯：
引力波
633
00:33:16,733 --> 00:33:18,299
首先由爱因斯坦
预测，
634
00:33:18,300 --> 00:33:20,765
他起初
不相信。
635
00:33:20,766 --> 00:33:22,232
所以他来回思考
636
00:33:22,233 --> 00:33:24,832
我相信，
直到30年代中期。
637
00:33:24,833 --> 00:33:26,365
但他的第一个预测是
638
00:33:26,366 --> 00:33:29,665
它们太微小
永远无法被探测到。
639
00:33:29,666 --> 00:33:31,965
♪ ♪
640
00:33:31,966 --> 00:33:36,032
旁白：到了1980年代，
这种观点发生了变化，
641
00:33:36,033 --> 00:33:39,099
LIGO...激光
干涉仪
642
00:33:39,100 --> 00:33:41,765
引力波天文台...
643
00:33:41,766 --> 00:33:46,266
作为加州理工学院和
麻省理工学院的联合项目成立。
644
00:33:48,666 --> 00:33:52,365
拉纳在加州理工学院
工作的一部分
645
00:33:52,366 --> 00:33:55,199
是持续改进
LIGO的基本技术：
646
00:33:55,200 --> 00:33:57,933
激光干涉测量法。
647
00:34:00,433 --> 00:34:03,132
这是，
一切开始的地方。
648
00:34:03,133 --> 00:34:04,532
我要给你展示
649
00:34:04,533 --> 00:34:06,599
这里的整个激光
干涉仪
650
00:34:06,600 --> 00:34:08,332
这是LIGO系统的
原型。
651
00:34:08,333 --> 00:34:12,932
旁白：基本设计
很容易理解。
652
00:34:12,933 --> 00:34:15,965
LIGO干涉仪
有两个臂
653
00:34:15,966 --> 00:34:18,032
彼此成直角。
654
00:34:18,033 --> 00:34:20,265
一个非常稳定的红外激光
655
00:34:20,266 --> 00:34:22,532
进入分束器，
656
00:34:22,533 --> 00:34:25,565
它将一半的光束
引导到每个臂。
657
00:34:25,566 --> 00:34:28,632
阿迪卡里：一半的光朝一个方向
一半朝另一个方向。
658
00:34:28,633 --> 00:34:31,165
然后你在末端
有镜子，
659
00:34:31,166 --> 00:34:33,399
它们将光反射回来。
660
00:34:33,400 --> 00:34:36,132
旁白：激光一个臂的
相位
661
00:34:36,133 --> 00:34:37,999
与另一个相反。
662
00:34:38,000 --> 00:34:39,432
如果一切正常，
663
00:34:39,433 --> 00:34:43,032
当重新组合时，它们
会相互抵消，
664
00:34:43,033 --> 00:34:46,165
导致没有信号。
665
00:34:46,166 --> 00:34:50,032
但如果引力波
通过，
666
00:34:50,033 --> 00:34:52,099
扭曲时空，
667
00:34:52,100 --> 00:34:55,565
每个臂的长度
会改变，
668
00:34:55,566 --> 00:34:59,199
改变两束光的
相位。
669
00:34:59,200 --> 00:35:01,532
在短暂的时刻，
670
00:35:01,533 --> 00:35:04,266
设备将
记录一个信号。
671
00:35:05,933 --> 00:35:07,999
而不是有
精确的抵消
672
00:35:08,000 --> 00:35:09,699
和破坏性干涉，
673
00:35:09,700 --> 00:35:11,832
你有一点点
光泄漏出来。
674
00:35:11,833 --> 00:35:13,165
那一点点光
675
00:35:13,166 --> 00:35:14,566
泄漏出来的就是
我们探测到的。
676
00:35:16,066 --> 00:35:17,699
旁白：但是
有一个关键差异
677
00:35:17,700 --> 00:35:19,865
在拉纳的工作试验台
678
00:35:19,866 --> 00:35:21,965
和真实设备之间：
679
00:35:21,966 --> 00:35:24,999
尺寸。
680
00:35:25,000 --> 00:35:27,832
这是美国两个
LIGO装置之一。
681
00:35:27,833 --> 00:35:29,499
在美国。
682
00:35:29,500 --> 00:35:32,532
虽然加州理工学院
仪器的臂
683
00:35:32,533 --> 00:35:35,099
大约44码长，
684
00:35:35,100 --> 00:35:40,800
这里的每个臂
大约覆盖两英里半。
685
00:35:42,233 --> 00:35:44,999
耗资数亿美元，
686
00:35:45,000 --> 00:35:49,933
LIGO是对一个
未经证实想法的巨大赌博...
687
00:35:51,233 --> 00:35:53,299
得到了回报。
688
00:35:53,300 --> 00:35:55,732
♪ ♪
689
00:35:55,733 --> 00:35:59,166
2015年，探测到了一个信号。
690
00:36:01,366 --> 00:36:04,932
这是一个了不起的信号。
691
00:36:04,933 --> 00:36:07,999
莱文：LIGO探测到的
第一个事件
692
00:36:08,000 --> 00:36:11,899
是人类记录的
最强大的事件
693
00:36:11,900 --> 00:36:14,032
自大爆炸以来。
694
00:36:14,033 --> 00:36:15,665
更多的能量释放出来
695
00:36:15,666 --> 00:36:17,065
从那两个黑洞的
碰撞中
696
00:36:17,066 --> 00:36:19,365
比所有
697
00:36:19,366 --> 00:36:21,965
宇宙中所有恒星
加起来发出的还要多。
698
00:36:21,966 --> 00:36:24,599
所有那些能量释放出来
699
00:36:24,600 --> 00:36:26,599
在时空鼓的
振动中。
700
00:36:26,600 --> 00:36:29,299
旁白：自从
原始事件以来，
701
00:36:29,300 --> 00:36:31,865
LIGO已经确认探测到
702
00:36:31,866 --> 00:36:35,565
超过80个其他事件。
703
00:36:35,566 --> 00:36:37,299
很难夸大
704
00:36:37,300 --> 00:36:40,265
这一发现的
重要性。
705
00:36:40,266 --> 00:36:45,099
♪ ♪
706
00:36:45,100 --> 00:36:46,132
LIGO是巨大的。
707
00:36:46,133 --> 00:36:47,965
阿尔伯特·爱因斯坦预测
708
00:36:47,966 --> 00:36:49,132
引力波
应该存在，
709
00:36:49,133 --> 00:36:50,532
现在我们测量它们。
710
00:36:50,533 --> 00:36:52,932
这是我们有史以来
对黑洞最直接的
711
00:36:52,933 --> 00:36:54,399
观测。
712
00:36:54,400 --> 00:36:57,566
这是科学的
完全革命。
713
00:36:59,666 --> 00:37:01,699
旁白：这一切都成为可能
714
00:37:01,700 --> 00:37:03,865
因为那种
量子技术
715
00:37:03,866 --> 00:37:07,599
已经完全
嵌入我们的生活：
716
00:37:07,600 --> 00:37:09,632
激光。
717
00:37:09,633 --> 00:37:11,799
你的激光越稳定，
718
00:37:11,800 --> 00:37:13,865
你就能测量宇宙中
更多的东西。
719
00:37:13,866 --> 00:37:16,032
这没有限制。
720
00:37:16,033 --> 00:37:17,532
所以每年，
当我们的激光
721
00:37:17,533 --> 00:37:18,865
变得越来越好时，
我们将能够看到
722
00:37:18,866 --> 00:37:20,565
宇宙更远的地方
723
00:37:20,566 --> 00:37:22,332
并看到更微小的东西
724
00:37:22,333 --> 00:37:25,299
在现实、物质的
微观本质中，
725
00:37:25,300 --> 00:37:27,399
时空...任何类似的东西。
726
00:37:27,400 --> 00:37:29,399
你只需要继续
研究这一个工具
727
00:37:29,400 --> 00:37:31,065
并使它越来越好。
728
00:37:31,066 --> 00:37:33,132
♪ ♪
729
00:37:33,133 --> 00:37:36,899
旁白：可以说，量子物理学
近几十年来最重要的变化
730
00:37:36,900 --> 00:37:40,065
是对一种特殊的
共享状态的
731
00:37:40,066 --> 00:37:44,165
更深入的理解
732
00:37:44,166 --> 00:37:47,099
称为量子纠缠。
733
00:37:47,100 --> 00:37:52,765
想象一台
吐出成对硬币的机器，
734
00:37:52,766 --> 00:37:55,999
表面上看，
像普通硬币。
735
00:37:56,000 --> 00:37:59,599
如果你抛掷一个，它
正面或反面朝上
736
00:37:59,600 --> 00:38:01,865
大约50%的时间。
737
00:38:01,866 --> 00:38:04,465
这里没有什么奇怪的。
738
00:38:04,466 --> 00:38:08,432
但使用一对刚从
机器出来的硬币，
739
00:38:08,433 --> 00:38:11,265
你抛掷一个，它正面朝上。
740
00:38:11,266 --> 00:38:13,265
然后另一个，
741
00:38:13,266 --> 00:38:15,532
它也正面朝上。
742
00:38:15,533 --> 00:38:17,165
这可能只是运气。
743
00:38:17,166 --> 00:38:18,799
（机器鸣叫声，
人群欢呼）
744
00:38:18,800 --> 00:38:21,965
旁白：然后你用另一对
新的硬币做同样的事情。
745
00:38:21,966 --> 00:38:25,032
这次，第一个
硬币是反面，
746
00:38:25,033 --> 00:38:26,899
第二个也是...
747
00:38:26,900 --> 00:38:29,165
再次一致。
748
00:38:29,166 --> 00:38:32,065
所以你抛掷另一对，
749
00:38:32,066 --> 00:38:34,199
然后另一对，
750
00:38:34,200 --> 00:38:36,665
再一对，
751
00:38:36,666 --> 00:38:39,032
再一对。
752
00:38:39,033 --> 00:38:40,965
一对接一对，
753
00:38:40,966 --> 00:38:45,132
两个硬币在第一次
抛掷时总是一致。
754
00:38:45,133 --> 00:38:47,600
发生了什么？
755
00:38:49,066 --> 00:38:51,332
也许第一个抛掷的硬币，
756
00:38:51,333 --> 00:38:53,265
一旦它正面或反面朝上，
757
00:38:53,266 --> 00:38:56,766
以某种方式告诉
另一个硬币如何表现。
758
00:38:57,866 --> 00:38:59,899
为了确保这不会发生，
759
00:38:59,900 --> 00:39:03,965
你通过将一个飞到月球
来分离硬币
760
00:39:03,966 --> 00:39:06,599
并同时抛掷它们，
761
00:39:06,600 --> 00:39:10,765
这样就不可能有信息
在它们之间传递。
762
00:39:10,766 --> 00:39:14,465
仍然，它们
一致出现。
763
00:39:14,466 --> 00:39:16,699
♪ ♪
764
00:39:16,700 --> 00:39:20,365
这一切听起来太
奇怪而不真实，
765
00:39:20,366 --> 00:39:25,699
但粒子真的可以
像那些硬币一样表现。
766
00:39:25,700 --> 00:39:30,065
在量子物理学中，这被
称为"纠缠"。
767
00:39:30,066 --> 00:39:32,832
凯泽：纠缠真的只是一个
顽固的、顽固的，
768
00:39:32,833 --> 00:39:35,965
令人兴奋和/或令人沮丧的事实
769
00:39:35,966 --> 00:39:37,632
需要很长时间
770
00:39:37,633 --> 00:39:38,865
来试图理解。
771
00:39:38,866 --> 00:39:40,399
纠缠当然是
772
00:39:40,400 --> 00:39:42,499
量子最有趣
和最令人困惑的
773
00:39:42,500 --> 00:39:44,799
方面。
774
00:39:44,800 --> 00:39:46,665
这是我们看不到的
这些事情之一，
775
00:39:46,666 --> 00:39:48,499
你知道，在我们
周围的世界中天真地，
776
00:39:48,500 --> 00:39:51,432
但它正在我们每天
周围存在的材料
777
00:39:51,433 --> 00:39:52,932
深处发生。
778
00:39:52,933 --> 00:39:56,265
旁白：虽然你
可能不会遇到
779
00:39:56,266 --> 00:40:01,065
硬币纠缠器，
780
00:40:01,066 --> 00:40:04,465
在实验室里，科学家们
常规地产生
781
00:40:04,466 --> 00:40:07,165
成对的纠缠粒子
782
00:40:07,166 --> 00:40:10,199
它们如此完全地
共享量子态，
783
00:40:10,200 --> 00:40:15,232
它们可以被认为是
一个量子对象。
784
00:40:15,233 --> 00:40:17,065
你根本无法
区分它们。
785
00:40:17,066 --> 00:40:18,965
这只是一个纯态。
786
00:40:18,966 --> 00:40:21,432
就好像你
有一个单一实体
787
00:40:21,433 --> 00:40:24,499
在空间上分离
没有物理连接。
788
00:40:24,500 --> 00:40:27,999
旁白：纠缠粒子
保持连接
789
00:40:28,000 --> 00:40:31,165
即使它们被
数百英里分离...
790
00:40:31,166 --> 00:40:34,165
可能还要远得多。
791
00:40:34,166 --> 00:40:37,465
凯泽：那么这意味着它可以
在这里和仙女座之间传播吗？
792
00:40:37,466 --> 00:40:39,999
可能...方程式没有给我们
理由认为它不会。
793
00:40:40,000 --> 00:40:44,732
旁白：
纠缠听起来很奇异。
794
00:40:44,733 --> 00:40:47,099
爱因斯坦嘲笑这个想法
795
00:40:47,100 --> 00:40:50,232
为"远距离的
幽灵般的作用"。
796
00:40:50,233 --> 00:40:53,199
但自1970年代以来，
797
00:40:53,200 --> 00:40:56,999
一个又一个实验
已经证实
798
00:40:57,000 --> 00:41:00,833
纠缠是一个真实的
量子现象。
799
00:41:02,433 --> 00:41:05,199
现在，当然，许多、
许多十年后，
800
00:41:05,200 --> 00:41:08,165
我们知道纠缠无疑
是世界的一部分。
801
00:41:08,166 --> 00:41:10,599
这就是世界在
量子力学层面的运作方式。
802
00:41:10,600 --> 00:41:12,432
我们最好习惯这一点，
803
00:41:12,433 --> 00:41:13,865
现在看看，我们
能用它做什么？
804
00:41:13,866 --> 00:41:16,499
因为它很强大，
让我们试着使用它。
805
00:41:16,500 --> 00:41:18,099
它已经成为这个新工具。
806
00:41:18,100 --> 00:41:20,232
能够
创造和控制它
807
00:41:20,233 --> 00:41:23,099
可以说被认为是
最大的之一
808
00:41:23,100 --> 00:41:24,732
科学和
工程发展
809
00:41:24,733 --> 00:41:25,933
在21世纪。
810
00:41:27,466 --> 00:41:30,632
旁白：这正在
几个方面发生。
811
00:41:30,633 --> 00:41:32,465
纠缠已经
被投入工作
812
00:41:32,466 --> 00:41:34,699
在量子密码学中
813
00:41:34,700 --> 00:41:37,399
和量子通信中，
814
00:41:37,400 --> 00:41:39,665
在原子钟中，
815
00:41:39,666 --> 00:41:43,199
以及在对LIGO的
持续改进中，
816
00:41:43,200 --> 00:41:46,565
但也许最受
瞩目的是
817
00:41:46,566 --> 00:41:49,965
在量子计算中。
818
00:41:49,966 --> 00:41:52,632
这从这个开始：
819
00:41:52,633 --> 00:41:55,866
量子比特。
820
00:41:57,966 --> 00:42:00,965
量子比特从它的
表亲那里得名
821
00:42:00,966 --> 00:42:04,099
在经典计算中，
二进制位。
822
00:42:04,100 --> 00:42:07,732
♪ ♪
823
00:42:07,733 --> 00:42:09,932
正如其名称所示，
824
00:42:09,933 --> 00:42:14,032
二进制位只能
设置为零或一。
825
00:42:14,033 --> 00:42:19,232
但从如此谦逊的
开始，流出了很多...
826
00:42:19,233 --> 00:42:24,099
或多或少构成现代世界的
所有计算。
827
00:42:24,100 --> 00:42:26,432
所有的计算，
所有的电子邮件。
828
00:42:26,433 --> 00:42:29,432
无论你是在
与朋友交谈
829
00:42:29,433 --> 00:42:31,332
还是你是
NASA科学家
830
00:42:31,333 --> 00:42:33,599
做一些火箭计算，
831
00:42:33,600 --> 00:42:37,132
所有这些都可以归结为
只是零和一
832
00:42:37,133 --> 00:42:39,432
在你的计算机内部切换，
833
00:42:39,433 --> 00:42:41,833
这有点令人惊讶，
它是如此普遍。
834
00:42:44,066 --> 00:42:46,099
旁白：尽管
有许多成功，
835
00:42:46,100 --> 00:42:47,732
二进制位相当于
836
00:42:47,733 --> 00:42:49,365
一个电灯开关...
837
00:42:49,366 --> 00:42:52,032
开或关。
838
00:42:52,033 --> 00:42:55,799
量子比特要微妙得多。
839
00:42:55,800 --> 00:42:57,465
阿隆索-蒙萨尔韦：量子比特的
特殊之处
840
00:42:57,466 --> 00:43:01,032
是它按照
量子力学定律运作。
841
00:43:01,033 --> 00:43:06,232
它不必
只处于零状态
842
00:43:06,233 --> 00:43:08,165
或只处于一状态。
843
00:43:08,166 --> 00:43:10,799
它可以处于
两者的叠加态。
844
00:43:10,800 --> 00:43:14,099
旁白：那种
叠加态创造了
845
00:43:14,100 --> 00:43:15,865
一个数学空间
846
00:43:15,866 --> 00:43:19,665
通常用球体表示。
847
00:43:19,666 --> 00:43:21,099
索菲·赫尔曼斯：
经典位
848
00:43:21,100 --> 00:43:23,799
只能位于南极
或北极，
849
00:43:23,800 --> 00:43:25,632
量子位可以在
850
00:43:25,633 --> 00:43:27,299
球面的任何地方。
851
00:43:27,300 --> 00:43:30,299
它开启了一个全新的
852
00:43:30,300 --> 00:43:32,933
数学运算的
可能性阵列。
853
00:43:34,266 --> 00:43:38,899
旁白：但单个量子比特
在计算中只能带你走这么远。
854
00:43:38,900 --> 00:43:41,165
莱恩斯：一个量子比特
本身不是计算机，
855
00:43:41,166 --> 00:43:44,265
否则它将是世界上
最小、最无用的计算机。
856
00:43:44,266 --> 00:43:45,799
但当你组合它们时，
857
00:43:45,800 --> 00:43:50,165
它可以提供足够的
计算和运算
858
00:43:50,166 --> 00:43:52,732
你可以在另一端
得到一些东西。
859
00:43:52,733 --> 00:43:56,032
旁白：将几个
量子比特一起使用
860
00:43:56,033 --> 00:43:58,799
开启了纠缠的
力量
861
00:43:58,800 --> 00:44:04,032
并释放出令人费解的
复杂性水平。
862
00:44:04,033 --> 00:44:07,232
普雷斯基尔：如果我想要
给出完整的描述
863
00:44:07,233 --> 00:44:09,232
几百个量子比特
发生的事情，
864
00:44:09,233 --> 00:44:11,132
彼此高度纠缠，
865
00:44:11,133 --> 00:44:14,499
我必须
写下更多的位
866
00:44:14,500 --> 00:44:17,565
比可见宇宙中
原子的数量还多。
867
00:44:17,566 --> 00:44:20,465
正是量子语言的
这种奢华
868
00:44:20,466 --> 00:44:23,600
我们希望在
量子计算机中利用。
869
00:44:25,633 --> 00:44:28,432
旁白：除了在大学
进行的工作之外，
870
00:44:28,433 --> 00:44:31,232
大约有100家公司
871
00:44:31,233 --> 00:44:32,832
在开发量子比特
872
00:44:32,833 --> 00:44:36,432
和量子计算硬件。
873
00:44:36,433 --> 00:44:39,165
主要参与者包括谷歌，
874
00:44:39,166 --> 00:44:40,799
微软，
875
00:44:40,800 --> 00:44:42,232
亚马逊，
876
00:44:42,233 --> 00:44:45,232
和IBM。
877
00:44:45,233 --> 00:44:48,832
其硬件开发
工作集中在这里，
878
00:44:48,833 --> 00:44:51,965
在托马斯·J·
沃森研究中心
879
00:44:51,966 --> 00:44:55,632
在纽约市外的
约克敦高地。
880
00:44:55,633 --> 00:44:58,132
好的，让我介绍你
881
00:44:58,133 --> 00:44:59,999
认识我们的IBM量子系统二号。
882
00:45:00,000 --> 00:45:03,865
实际上，这里面有
三个量子处理器，
883
00:45:03,866 --> 00:45:06,832
团队正在研究
如何调查算法
884
00:45:06,833 --> 00:45:08,866
使用多个
不同的处理器。
885
00:45:12,500 --> 00:45:18,465
旁白：IBM的量子比特采用
超导金属的小环路。
886
00:45:18,466 --> 00:45:20,399
由于超导体
887
00:45:20,400 --> 00:45:22,732
需要低温
才能运行，
888
00:45:22,733 --> 00:45:24,832
计算机的
中心部分
889
00:45:24,833 --> 00:45:27,799
是一个制冷装置。
890
00:45:27,800 --> 00:45:30,465
事实上，
891
00:45:30,466 --> 00:45:32,665
量子计算机的
冷却装置
892
00:45:32,666 --> 00:45:34,532
可以看起来很酷，
893
00:45:34,533 --> 00:45:37,899
它经常被误认为是
节目的明星。
894
00:45:37,900 --> 00:45:39,765
♪ ♪
895
00:45:39,766 --> 00:45:43,265
莱恩斯：所以这是一个
稀释制冷机。
896
00:45:43,266 --> 00:45:46,065
很多人认为这整个
酷炫闪亮的机器
897
00:45:46,066 --> 00:45:47,865
是量子计算机，
898
00:45:47,866 --> 00:45:49,132
但实际上
不是这样的。
899
00:45:49,133 --> 00:45:50,865
这不是量子计算机。
900
00:45:50,866 --> 00:45:52,199
这是量子计算机，
901
00:45:52,200 --> 00:45:54,399
这个下面的小芯片。
902
00:45:54,400 --> 00:45:57,099
（笑）：这基本上是
一个冰箱。
903
00:45:57,100 --> 00:46:01,732
但你不能否认
它看起来很棒。
904
00:46:01,733 --> 00:46:03,832
所有这些花哨的闪亮部件
905
00:46:03,833 --> 00:46:05,832
只是管道
部件和电缆
906
00:46:05,833 --> 00:46:09,465
设计用来保持量子
计算机极度寒冷。
907
00:46:09,466 --> 00:46:11,199
我的意思是，就像，
908
00:46:11,200 --> 00:46:14,132
零下400多
华氏度。
909
00:46:14,133 --> 00:46:17,332
就像，有绝对零度。
910
00:46:17,333 --> 00:46:20,432
我们比那高0.015度。
911
00:46:20,433 --> 00:46:22,699
它必须如此极度寒冷
912
00:46:22,700 --> 00:46:25,299
因为我们使用超导体
来制造我们的量子比特。
913
00:46:25,300 --> 00:46:26,632
然后此外，
914
00:46:26,633 --> 00:46:28,799
我们想要去除
任何类型的噪音
915
00:46:28,800 --> 00:46:32,699
或热激发，
这可能会干扰量子比特
916
00:46:32,700 --> 00:46:34,632
并使它们以我们
不喜欢的方式表现。
917
00:46:34,633 --> 00:46:36,599
♪ ♪
918
00:46:36,600 --> 00:46:41,165
旁白：自2016年以来，IBM
已经使其量子计算机
919
00:46:41,166 --> 00:46:43,932
通过互联网
向公众开放。
920
00:46:43,933 --> 00:46:47,732
任何人都可以
想出量子算法，
921
00:46:47,733 --> 00:46:50,799
类似于经典
计算机程序，
922
00:46:50,800 --> 00:46:53,399
并提交运行。
923
00:46:53,400 --> 00:46:55,232
甘贝塔：自从我们
首次将其放在云端，
924
00:46:55,233 --> 00:46:57,965
人们已经运行了
超过三万亿个作业
925
00:46:57,966 --> 00:46:59,465
在量子计算机上。
926
00:46:59,466 --> 00:47:03,965
旁白：在量子计算机上
运行算法
927
00:47:03,966 --> 00:47:07,965
涉及设置
量子比特的初始状态，
928
00:47:07,966 --> 00:47:12,332
然后在一系列步骤中
操纵它们。
929
00:47:12,333 --> 00:47:18,099
为了做到这一点，在其系统上，
IBM使用微波脉冲。
930
00:47:18,100 --> 00:47:19,699
甘贝塔：这些微波脉冲
931
00:47:19,700 --> 00:47:21,532
基本上要么
翻转量子比特，
932
00:47:21,533 --> 00:47:23,032
将其创建为叠加态，
933
00:47:23,033 --> 00:47:25,099
或测量它。
934
00:47:25,100 --> 00:47:29,365
旁白：在所有
操作之后，读取量子比特，
935
00:47:29,366 --> 00:47:33,633
将其量子态
坍缩为零或一。
936
00:47:35,033 --> 00:47:37,065
但有一个问题。
937
00:47:37,066 --> 00:47:39,665
莱恩斯：在量子
计算机上，芯片可以
938
00:47:39,666 --> 00:47:41,299
从激发态
自发衰减，
939
00:47:41,300 --> 00:47:43,065
或一态，
到零态
940
00:47:43,066 --> 00:47:44,665
当我们不希望它这样时。
941
00:47:44,666 --> 00:47:46,365
这可能发生，你知道，
942
00:47:46,366 --> 00:47:47,832
大约每毫秒左右。
943
00:47:47,833 --> 00:47:50,332
这些错误基本上
是固有的
944
00:47:50,333 --> 00:47:52,199
设备的量子
性质。
945
00:47:52,200 --> 00:47:54,232
旁白：
纠正这些错误
946
00:47:54,233 --> 00:47:55,965
是量子计算的
内置挑战之一
947
00:47:55,966 --> 00:47:57,699
。
948
00:47:57,700 --> 00:48:00,465
当前一代的
量子计算机
949
00:48:00,466 --> 00:48:03,132
还无法
自己做到这一点。
950
00:48:03,133 --> 00:48:05,932
所以有最后一步。
951
00:48:05,933 --> 00:48:08,499
甘贝塔：信息
然后返回。
952
00:48:08,500 --> 00:48:10,632
然后它被发送
到计算机
953
00:48:10,633 --> 00:48:12,665
我们在那里做
错误缓解等事情，
954
00:48:12,666 --> 00:48:15,465
后处理结果，
纠正任何额外的噪音，
955
00:48:15,466 --> 00:48:17,565
然后我们通过云端
将其发送回去。
956
00:48:17,566 --> 00:48:21,632
♪ ♪
957
00:48:21,633 --> 00:48:24,565
旁白：很容易想象
量子计算
958
00:48:24,566 --> 00:48:27,799
是经典计算的
下一个阶段。
959
00:48:27,800 --> 00:48:30,432
很快，你会
看到一个盒子上写着
960
00:48:30,433 --> 00:48:34,465
"新的量子比特芯片内置！"
961
00:48:34,466 --> 00:48:35,665
最常见的问题
962
00:48:35,666 --> 00:48:37,699
人们总是问
我，就像，
963
00:48:37,700 --> 00:48:39,899
"我什么时候能够
玩《我的世界》，
964
00:48:39,900 --> 00:48:42,099
我什么时候能够在我的量子计算机上
玩《毁灭战士》？"
965
00:48:42,100 --> 00:48:44,732
量子计算机
不适合所有事情。
966
00:48:44,733 --> 00:48:47,032
在未来，不会有
量子PowerPoint，
967
00:48:47,033 --> 00:48:48,832
不会有量子Word。
968
00:48:48,833 --> 00:48:50,199
我们不需要这样做，
969
00:48:50,200 --> 00:48:52,165
因为我们有
经典计算机
970
00:48:52,166 --> 00:48:53,999
和Xbox，
完全适合
971
00:48:54,000 --> 00:48:55,399
这些类型的应用。
972
00:48:55,400 --> 00:48:59,899
旁白：量子
计算机的功能非常不同
973
00:48:59,900 --> 00:49:04,599
并且针对
非常不同的任务。
974
00:49:04,600 --> 00:49:07,999
专家们看到量子计算机
在以下领域的作用
975
00:49:08,000 --> 00:49:10,532
如模拟
量子行为
976
00:49:10,533 --> 00:49:13,132
在化学和材料中，
977
00:49:13,133 --> 00:49:17,132
或复杂系统的
优化
978
00:49:17,133 --> 00:49:19,365
从能源分配
979
00:49:19,366 --> 00:49:22,365
到数据库搜索。
980
00:49:22,366 --> 00:49:26,799
无论如何，量子计算的
未来
981
00:49:26,800 --> 00:49:30,532
远未确定。
982
00:49:30,533 --> 00:49:34,132
戈斯：因为世界各地的事情
真的在加速，
983
00:49:34,133 --> 00:49:36,765
我认为我们将
很快看到
984
00:49:36,766 --> 00:49:38,965
一个任务的演示
985
00:49:38,966 --> 00:49:41,132
用量子计算机
完成的
986
00:49:41,133 --> 00:49:44,365
这远远超出了
当前计算机的能力
987
00:49:44,366 --> 00:49:45,999
。
988
00:49:46,000 --> 00:49:47,632
这可能会在
接下来的
989
00:49:47,633 --> 00:49:49,299
五到十年内发生，我会说。
990
00:49:49,300 --> 00:49:50,932
计算的未来
991
00:49:50,933 --> 00:49:54,032
将有
经典加速器，
992
00:49:54,033 --> 00:49:55,565
将有
人工智能加速器，
993
00:49:55,566 --> 00:49:57,532
将有
量子计算加速器
994
00:49:57,533 --> 00:49:58,965
全部协同工作。
995
00:49:58,966 --> 00:50:01,699
对我来说，这是
最令人兴奋的事情之一，
996
00:50:01,700 --> 00:50:03,732
就是，我们如何
实际利用
997
00:50:03,733 --> 00:50:05,665
所有这些不同的
加速器？
998
00:50:05,666 --> 00:50:08,232
卡罗尔：我认为一个
功能良好的量子计算机
999
00:50:08,233 --> 00:50:10,865
将能够做某些
事情快得多。
1000
00:50:10,866 --> 00:50:13,132
但第一，我们
不确定。
1001
00:50:13,133 --> 00:50:15,699
第二，
可能会发现，
1002
00:50:15,700 --> 00:50:17,632
这种悲观的观点，
1003
00:50:17,633 --> 00:50:19,499
那些问题
有点有限，
1004
00:50:19,500 --> 00:50:21,665
它们非常、
非常专业化。
1005
00:50:21,666 --> 00:50:23,999
但这都是令人兴奋的、
有趣的进行中的工作。
1006
00:50:24,000 --> 00:50:25,300
这就是
使它有趣的原因。
1007
00:50:28,733 --> 00:50:32,199
♪ ♪
1008
00:50:32,200 --> 00:50:35,800
旁白：量子物理学的
根源可以追溯到100年前。
1009
00:50:37,400 --> 00:50:39,365
但只是在最近几十年
1010
00:50:39,366 --> 00:50:42,899
我们才开始获得
对量子领域的控制。
1011
00:50:42,900 --> 00:50:47,933
这已经
改变了我们的生活方式。
1012
00:50:49,300 --> 00:50:51,032
在我们能够构建和
操纵的量子系统类型方面
1013
00:50:51,033 --> 00:50:53,099
发生了
惊人的变化
1014
00:50:53,100 --> 00:50:54,199
。
1015
00:50:54,200 --> 00:50:55,999
量子力学本身
1016
00:50:56,000 --> 00:50:57,832
已经渗透到
我们所做的一切。
1017
00:50:57,833 --> 00:51:01,432
它们是我们
操纵世界方式的一部分。
1018
00:51:01,433 --> 00:51:03,265
它们是每个
晶体管和每台计算机的一部分。
1019
00:51:03,266 --> 00:51:07,465
莱恩斯：这是关于事物
在基本层面上如何相互作用，
1020
00:51:07,466 --> 00:51:10,565
但事实证明我们需要
知道事物如何
1021
00:51:10,566 --> 00:51:14,165
在基本层面上相互作用
才能做大事。
1022
00:51:14,166 --> 00:51:16,365
凯泽：仍然有
深层的谜团需要解决。
1023
00:51:16,366 --> 00:51:17,865
那部分没有消失。
1024
00:51:17,866 --> 00:51:20,799
增加的是，以一种
我仍然觉得非凡的方式，
1025
00:51:20,800 --> 00:51:23,399
是这些同样奇怪的、
1026
00:51:23,400 --> 00:51:25,532
令人费解的量子特征
1027
00:51:25,533 --> 00:51:26,999
现在已经融入到人们
1028
00:51:27,000 --> 00:51:28,600
每天导航世界的
方式中。
1029
00:51:31,000 --> 00:51:32,899
旁白：但
未来如何？
1030
00:51:32,900 --> 00:51:35,832
量子技术
将提供什么
1031
00:51:35,833 --> 00:51:38,599
在未来几十年？
1032
00:51:38,600 --> 00:51:39,899
就像我们可以告诉
我们的孩子，"哦，是的，"
1033
00:51:39,900 --> 00:51:41,932
你知道，"我出生在
互联网之前，
1034
00:51:41,933 --> 00:51:44,199
我出生在智能手机之前，"
1035
00:51:44,200 --> 00:51:45,565
50年后，
1036
00:51:45,566 --> 00:51:46,932
人们将会
讲述故事
1037
00:51:46,933 --> 00:51:48,832
关于那些
正常的技术
1038
00:51:48,833 --> 00:51:51,399
今天我们甚至无法理解。
1039
00:51:51,400 --> 00:51:53,432
我相信50年后，
1040
00:51:53,433 --> 00:51:56,332
成长的人们
不会再想
1041
00:51:56,333 --> 00:51:58,832
纠缠、叠加态...
1042
00:51:58,833 --> 00:52:00,832
我认为这将是
司空见惯的。
1043
00:52:00,833 --> 00:52:03,199
我喜欢量子力学的
一件事
1044
00:52:03,200 --> 00:52:05,632
是它对我们来说
似乎不直观。
1045
00:52:05,633 --> 00:52:07,799
它告诉我们
有一些东西
1046
00:52:07,800 --> 00:52:09,799
超越了我们认为
我们理解的。
1047
00:52:09,800 --> 00:52:12,165
我们不能总是依赖
我们的直觉。
1048
00:52:12,166 --> 00:52:14,232
我们必须依靠
我们的理解
1049
00:52:14,233 --> 00:52:15,732
来取得进步。
1050
00:52:15,733 --> 00:52:19,000
量子力学
如此清楚地向我们展示了这一点。
1051
00:52:41,100 --> 00:52:43,966
>>>>oakislandtk<<<<<
www.opensubtitles.org
1052
00:52:44,900 --> 00:52:52,433
♪ ♪
1053
00:52:56,266 --> 00:53:03,866
♪ ♪
1054
00:53:07,700 --> 00:53:15,233
♪ ♪
1055
00:53:16,866 --> 00:53:24,400
♪ ♪
1056
00:53:26,033 --> 00:53:33,566
♪ ♪
1057
00:53:34,305 --> 00:54:34,696
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