量子纠缠与超光速

量子纠缠是指由一个粒子裂变而成的一对粒子，不管相距多远，对其中一个粒子状态的观测会“瞬间”影响到另一个粒子。也就是说，两个粒子之间似乎存在着某种神秘的超越光速的感应现象。

这里要注意两个关键词，一个是“一个粒子”，第二个是“观测”。

有时候想想似乎真的挺“神秘”的，如果你将一个东西劈为两半，那么这时候是一个东西呢？还是两个东西呢？量子纠缠最早是爱因斯坦用来驳斥波尔的思想实验之一。一般设想由一个自旋为0的粒子衰变为两个粒子，当两个粒子分离得足够远，如果观测到其中一个粒子的自旋向左的话，那么在另一端“瞬间”可以观测到自旋向右，反之亦然。由于当时相对论已经站稳脚跟，光速作为自然界的速度上限已经成为基本定律。既然这个实验会导致超光速，那么波尔对实验中波函数“坍缩”的解释可能是有问题的。

这个实验让波尔很费了一番脑筋，其要害在于，单纯构造超光速并不是什么困难的事，比如天球上光斑的移动。但是，这样的超光速并不能传递质量、能量和信息，因此与相对论并不矛盾。但在爱因斯坦构造的实验中，这种感应是可以传递信息的。

波尔左思右想，终于在某次沉睡后获得了灵感。他仔细检查了整个过程，终于发现其中一个重要破绽，即当我们提到其中一个粒子自旋对另一个粒子自旋的影响时，我们已经有了两个假定，一个是存在“两个”粒子，另一个是两个粒子都“存在自旋”。谁告诉你有这两样东西，此时，人的意识已经参与了实验，而这与波尔量子力学解释的假设相矛盾。

那么波尔是如何解释这个实验的呢？波尔认为，人的意识是不应该参与实验的，抛开两个假定的话，个数和自旋状态是毫无意义的，也就是说，此时根本没有“两个”粒子，有的只是原来的“一个粒子”，即母粒子，那么对其中一部分的观测自然会瞬间影响到另一部分，这并不违反相对论。举个简单的例子，有一副手套，分得再远，也是一副手套，当你看到左手时，你“瞬间”知道另外一只是右手，这里并不存在实际的超距信息传递。那么，如果要完成爱因斯坦所谓有实际意义的信息传递，应该是怎样的呢？应该是你可以随意改变左手套的状态，并影响另一端。比如一会左，一会右，那么你可以通过不同的编码完成信息传输。但是，遗憾得很，手套不会随意改变，反映在量子力学里就是波函数“坍缩”了。

这里需要解释一下，每一种粒子（包括宏观物体）都有波动的特性，都具有一定的测不准性，所以在你观测它以前，它的状态是模糊的，只能用表示概率的函数来表达，也就是波函数。在你“观测”到它状态的“瞬间”，它的状态才100%确定了，不再需要波函数描述，波尔称此时波函数“坍缩”了。回到上面的例子，在你观测左手套之前，它是处于50%为左50%为的右叠加状态的，当你观测时，各50%的波函数瞬间“坍缩”为100%为左的状态，而且，左手套的状态再也不会变。反映在量子中，就是观测到一个粒子自旋后，它的状态就确定了，也不会再感应另一端。那么，爱因斯坦所提的信息传递就无法实现了。

爱因斯坦和波尔最大的争论就在波函数的“坍缩”上面。对于波函数为什么及如何“坍缩”的，波尔无法作出解释（至今也没人能作出信服的解释），但他认为这就是自然的法则之一。但爱因斯坦坚持追究背后的原因，这也是“骰子”说的来源，他构造了隐变量等假设来进行说明，但都不尽如人意。目前，对于量子力学的解释，以波尔为代表的哥本哈根学派处于主流地位。

注意，前面讲的都是爱因斯坦的思想实验。了不起的是，后人真的在实验中观测到了量子纠缠。粒子距离从几米、十几米，甚至到了几十公里，而所谓“瞬间”感应的速度经测算，有的称是4倍光速，有的称是1.9被光速。但通过前面的分析可知，这并不是相对论意义上的超光速。

尽管与已有理论并不矛盾，但量子纠缠还是引出了人们对宇宙、自然和人的认识上的深刻变化，在哲学意义上也引起了巨大震动。至少，在人们认识世界的途径上，又多了一种合理的尝试。如果人是纠缠于外物的，那么通过体验人自身与自然的纠缠是否就可以获得自然的知识了呢。因此，量子纠缠为“内求法”提供了天然地合理性。事实上，似乎宗教就是通过这种方法认识世界的。

更可怕的还在后头，前面说过，量子纠缠只存在于“一个粒子”裂变出来的粒子中。那么，按照宇宙大爆炸理论。我们的宇宙是由一个集中全部物质和能量的高温致密的极小的点，也就是奇点爆炸而来，换句话说，我们的宇宙就是由一个母粒子爆炸或者说裂变而来，那么，宇宙万物天生就是纠缠在一起的。想想还真是挺吓人的。

多年前曾和一位美女吃饭，我对她说，其实咱俩是纠缠在一起的，美女满脸通红，怒目而视。然后我耐心诚恳地和她讲了上面的道理，她沉思片刻，说到，好像真的是纠缠在一起。有时候好好学习还真的挺重要的。