量子力学与心灵运输的关系

量子心灵运输

物理学家看似毫无用途的有关平行量子宇宙的讨论将最终会有另一个实际 的应用:量子心灵运输。在《星际迷航》

科幻小说中使用的“运输机” 和另一个穿越空间运送人员和设备的科幻计划，似乎是一个快速飞过遥远距离 的不可思议的方法。但是难住科学家的是心灵运输似乎违背了测不准原理。对 一个原子进行测量就扰乱了原子的状态，因此就不能进行精确的复制。

但是，1993年科学家在这个争论中发现一个论点，他们用了叫做量子“纠缠”的某物。这是根据1935年爱因斯坦和他的学生和同事内森·罗森及鲍里斯·波多尔斯基提出的一个古老的实验，目的是 想指出量子理论是多么不切合实际。在该实验中，爆炸使两个电子沿相反方向 飞开，以接近光的速度传播。因为电子能够像陀螺一样旋转，假定两个电子的旋 转是有相互关系的，即一个电子的旋转轴向下，另一个电子旋转轴向上（这样总 的旋转动量为零）。然而，在测量之前，我们不知道每个电子旋转的方向。

等了几年之后，现在两个电子相距几光年。如果我们现在测量一个电子的 旋转，发现它的旋转轴指向上，那么我们就会立刻知道另一个电子的旋转轴向下 (反之亦然）。事实上，发现电子旋转轴向上的事实就迫使另一个电子旋转轴向 下。这意味着我们一下子就知道了几光年以外的电子的情况。（信息似乎跑得 比光速还要快，显然违背了爱因斯坦的狭义相对论。）通过微妙的推理，爱因斯 坦指出通过对这一对电子的成功测量就违反了测不准原理。更重要的，他指出 量子力学比以前任何人想的要更离奇。

在那个时候以前，物理学家相信宇宙是局部的，即宇宙一部分的干扰只能从 干扰源扩散到局部的地方。爱因斯坦指出量子力学基本上是非局部的，即从一 个干扰源发出的干扰可以立即影响到宇宙的遥远部分。爱因斯坦把它叫做“远 距离幽灵作用”，他认为这是荒谬的。因此爱因斯坦认为量子理论一定是错 误的。

(量子力学的批评者可以解决爱因斯坦-波多尔斯基-罗森〔EPR〕矛盾， 〔EPR，Einstein-Podolsky-Rosen〕他们认为，如果仪器十分灵敏的话，就能够真正 确定电子的旋转方向。一个电子的旋转和位置的表观不确定性是虚构的，是由 于测量仪器太粗糙造成的。他们引进一个叫做“隐藏变量”的概念，即一定有个 隐藏的亚量子理论，根据这个新的隐藏变量不确定性就完全不存在了。）

物理学家约翰·贝尔（John Bell)将EPR和隐藏变量酸性实 验，引起了一场剧烈的争论。他指出，如果我们进行EPR实验，在两个电子旋转 之间就应该有大量的相互关系，取决于利用什么理论。如果怀疑论者所相信的 隐藏变量是正确的，两个电子的旋转以一种方式相干。如果量子力学是正确的， 这些旋转以另一种方式相干。换句话说，量子力学（所有现代原子物理的基础） 的成立和失败将取决于这个实验。

但是实验最后证明爱因斯坦是错的。在20世纪80年代早期，法国的艾伦· 阿斯佩克特（Alan Aspect)和他的同事用两个距离13米的检测器进行EPR实 验，测量从钙原子发出的光子的旋转。在1997年，用两个距离11千米的检测器 进行EPR实验。每一次都是量子理论赢。某种形式的知识确实传播得比光速 快。（尽管爱因斯坦在EPR实验上是错的，但他在超光速通讯的重要问题上是 对的。EPR实验尽管让你立即知道星系另一侧的事情，它不允许你以这种方式 发送消息。例如，你不能发送莫尔斯电码。事实上，“EPR传送器”只能发送随 机信号，因为每次你测量旋转时，它们是随机的。EPR实验使你能获取星系另一 侧的信息，但不允许你传送有用的信息，即不是随机的信息。）

贝尔（Bell)喜欢利用一个名叫贝特尔斯曼（Bertelsman)的数学家来描述这 个效应。这位数学家有个奇怪的习惯:每天按随机顺序一只脚穿绿袜子，另一只 穿蓝袜子。如果你有一天看到他左脚穿蓝袜子，你就立刻知道另一只脚穿的是 绿袜子，比光速还快。但是知道并不等于允许你以这种方式传递信息。显示信 息不等同于发送信息。EPR实验不意味着我们能够通过比光速还快的心灵感应 或时间旅行来传递信息。但它确实意味着不能将我们与宇宙整体完全分开。

然而，它迫使我们对我们的宇宙持有不同的看法。在我们身体里的每一个 原子和几光年距离以外的原子有一种宇宙“纠缠”。因为所有的物质来源于一 次大爆炸，

在某种意义上我们身体的原子与宇宙另一侧的某些原子最初在某种 类型的宇宙量子网络中是连接在一起的。纠缠在一起的粒子有些像通过脐带 (它们的波函数）连接的双胞胎,胳带或它们的波函数可以跨越几个光年。一个 成员发生的事情自动影响到另一个成员，因此涉及一个粒子的知识可以立刻在 另一个粒子中显示。纠缠在一起的一对物体的行为就好像是单个物体一样，尽 管它们离开的距离可能很大。（更精确地说，因为大爆炸中粒子的波函数是曾 经连在一起和相干的，大爆炸后几十亿年它们的波函数也许仍然部分地连在一 起，结果一部分波函数中的干扰会影响远距离的另一部分波函数。）

1993年,科学家提出将EPR纠缠概念作为量子心灵传输的机理。在1997 和1998年，美国加利福尼亚理丁.学院、丹麦奥尔胡斯大学、英国威尔士大学的科 学家做了首次量子心灵传输的演示，演示一个光子跨过一个桌面进行心灵传输。 这个小组的一个成员，威尔士大学的塞缪尔·布劳施泰恩（Samuel Braunstein)将 纠缠的一对光子比做情人,他们心照不宣，即使离得很远也能心有灵犀一点通。

量子心灵传输移动得很快。2003年，瑞士日内瓦大学的科学家做到了通过 光纤电缆使光子心灵传输的距离达到1.2英里（1.93千米）。在一个实验室中 波长为1.3毫米的光的光子与通过长光缆连接的另一-个实验室中不同波长（波 长1.55毫米）的光的光子进行心灵传输。这个项目的一位物理学家尼古拉斯· 吉西奥（Nicolas Gisin)说也许在我有生之年能够看到像分子这样的较大的物 体能够进行心灵传输，但是真正大的物体不能用可预测的技术进行心灵传输。”

另一个巨大的突破是在2004年完成的，那时闰家标准和技术研究所的科学 家不只是心灵传输一个光量子，而是传输整个原子。他们成功地纠缠了三个铍 原子，并能够将一个原子的特性传输给另一个原子，这是一个重大的成就。

量子心灵传输的潜在实际应用是巨大的。然而，应该指出的是量子心灵传 输还存在几个问题。首先，在心灵传输过程中原来的物体被破坏了，因此你不能 做被传输物体的复制品。只有一个复制是可能的。第二，物体传输的速度不可 能比光速还快。即便是心灵传输，相对论仍然成立。（物体A到物体C的心灵 传输需要通过中间物体连接两者，结果传输比光速慢。）第三，大概量子传输 最重要的限制与量子计算面临的问题相同：涉及的物体必须是相干的。环境的 轻微干扰将破坏量子传输。但是可以相信在21世纪内有可能开始传输第一个 病毒。

人类心灵传输可能引起其他问题。布劳施泰恩（Braunstein)评论说:“现在 关键的问题是涉及的信息量太大。即便是我们目前能够想象的最好的通讯渠道 要传输所有的信息需要宇宙年龄那么长的时间。”