著者：黃姤 / 黃媂

不知是巧合還是現實，有時明明相距甚遠的兩個人、兩件事，突然就會有息息相通、不謀而合的情況，有人稱之為——心靈感應。

科學家一般來說是不認可心靈感應的。長期以來他們都認為心靈感應只是一種巧合，甚至是迷信，可是在「量子力學」領域，鐵一般的實驗事實面前，科學家還不得不承認一些比心靈感應還要靈異的科學現象，這種科學現象就是——「量子糾纏」。

「薛定諤的貓」其實涉及的核心問題是量子的不確定性原理，有一個成語叫做“不自量力”，如果用在量子力學方面的話，我想它的意思應該就是·不要妄圖以為自己懂得量子力學。

這是因為電子、原子、光子這些微觀粒子的性質，與我們日常生活中所接觸到的事物是完全不同的，這些差異有時可不僅僅是不能理解這麼簡單，是完完全全的不可理喻、不能接受，其中有一個很重要的方面就在於這些粒子的狀態是不確定的，這種不確定性是完完全全的不確定的。

無論你是“先知”還是“神仙”，在進行具體的測量之前，你都不可能知道一個量子的確切狀態是什麼，只能根據機率進行推算。量子的世界就是如此這般，充滿了不確定性，你永遠無法預測下一個某個微觀粒子的狀態，你只能知道的是，這個微觀粒子的某種狀態的機率是多少，僅此而已。

舉例說明：以電子的自旋為例

當電子從磁場中穿過時，自旋有可能變為向上、也可能變為向下，具體是哪種結果卻是完全隨機的，這種隨機是真正的隨機，在你對電子測量之前誰都無法得知它的狀態，這是因為這個電子的狀態實際上是在你測量的時候才能決定的。

當年丹麥物理學家尼爾斯·亨利克·戴維·玻爾(Niels Henrik David Bohr，1885年10月7日-1962年11月18日)提出「不確定性原理」時，很多人是無法接受這個現實的，這其中就包括“愛波羅組合”，實際上這個組合是三位科學家，他們分別是愛因斯坦、波多爾斯基、羅森，“愛波羅組合”不肯相信波爾所說的——量子是隨機的。

於是，在1935年“愛波羅組合”聯合釋出了一篇論文，論文中提到了一個非常著名的問題，這個問題被稱為「epr悖論」，「epr悖論」描述了這樣一件事情——有一天，有一個粒子本來好好地待著，突然受到了外力作用一分為二，分裂成了A粒子和B粒子，分別向不同的方向飛去，越飛越遠，根據「動量守恆定律」，兩個粒子必然其中一個是左旋的，另一個是右旋的，或者相反。又根據「量子力學」的原理，在測量兩個粒子的狀態之前，它們兩個都處於左旋或者右旋的疊加狀態之中。可是當然兩個粒子越飛越遠之時，測量A粒子的狀態，發現它是左旋的，此時B粒子必定是右旋的。

圖解：“愛波羅組合”

「量子力學」認為粒子的狀態是在測量的瞬間決定的，因此只有在測量A粒子狀態的時候才決定它是左旋的，而相距甚遠的B粒子在此時才能決定是右旋的。「量子糾纏」的關鍵點在於——A粒子和B粒子無論相距多麼遙遠，只要A粒子被測量出了顯示左旋或者右旋的狀態，那麼B粒子一定就是相反的狀態。此時就會帶來一個令人困惑的問題，B粒子怎麼能夠瞬間就知道A粒子被測量了呢？難不成它們倆聯絡的速度已經超過了光速嗎？

從宏觀的角度上來看，這種機制似乎違反了「相對論」的限制，任何物體都不可能傳播的速度比光速還要快，宇宙中怎麼可能有比光速還要快的物質和資訊呢！從經典物理的認識上來看，量子糾纏就完全無法解釋得通嘛！當年，多數人是不會相信量子糾纏的，誰也不相信兩個粒子竟然能夠瞬間產生如此遠距離的作用，這不就是科學家一直摒棄的心靈感應嗎？

但是近幾十年實驗物理學家透過種種的實驗已經證實了，兩個相距遙遠的粒子就是能夠瞬間感應到彼此。如果您對上面的粒子理解起來有那麼一絲絲的困難，我可以再舉另外一個例子，這個例子叫做“量子臭襪子”。

舉例說明：“量子臭襪子”

假如，你在家中是一個懶漢，襪子一穿就是幾天從來不洗，每次脫下來就是隨手一扔。有一天，你的媽媽在牆角發現了一隻臭襪子，這隻襪子已經連續被你穿了好幾個星期，臭氣熏天，打個不恰當的比方就是臭的都能自己站起來，更重要的是經過你這麼一穿，襪子已經變得模糊、分不清左右了，它變成了一隻“量子襪子”，而且是處於左腳和右腳疊加狀態的“量子襪子”，與這隻襪子配套的，還有另外一隻“量子襪子”，同樣臭氣熏天，同樣穿了好幾個星期，同樣也分不清左右了，處於左腳和右腳的疊加狀態。

不幸的是，在前一天的晚上，你家的狗實在受不了另外一隻襪子的味道，把它扔進了垃圾桶，你勤勞的爸爸剛進家門就把垃圾給扔了，這另外一隻“量子襪子”已經送達了垃圾回收站。一對左右分明的襪子經過你的這麼一穿，由於腳氣的威力實在過於巨大，兩隻襪子已經都處於左腳和右腳的疊加狀態了，可畢竟兩隻襪子是當年一起買的，所以只可能一隻是左的，一隻是右的。因此當你忍住臭味確定家中牆角的那隻襪子是穿在左腳上的時候，與此同時垃圾回收站的另外一隻就一定是右腳上的。

總之，兩隻襪子就是這樣的狀態，兩者必須同時處於疊加狀態或者確定的狀態，當一方的狀態確定時，另一方的狀態也隨之確定，並且當其中的一隻確定為左腳或者右腳之時，另一隻一定會是右腳或者左腳，這兩隻臭襪子當對其中的一隻仔細辨別發現是左腳時，另外一隻必然是右腳的，無論它倆的距離有多麼遙遠，哪怕你的兩隻襪子一隻在天狼星上，另一隻在半人馬座α星上，只要其中的一隻襪子被辨別了左右，另外一隻襪子就能夠瞬間地感受到這種效應，變成了一隻配套的單襪了。

上面就是量子襪子”的例子，為了更好地解釋「量子糾纏」，最重要的一件事就是理解——瞬時。

總結一下：所謂的「量子糾纏」指的是在「量子力學」的領域，具有糾纏態的兩個粒子，無論相距多麼遙遠，都能夠以一種非常奇妙的方式糾纏在一起，瞬間共享它們的物理狀態，具有糾纏態的兩個粒子，再遠都沒有關係，只要其中的一個狀態發生變化，就好像它們彼此都在對方面前一樣。

量子糾纏使得「定域性」受到了挑戰

“愛波羅組合”的思想實驗一經提出，人們再次陷入了深思，似乎有什麼重要的定理又要被否認了，經典的物理學有三個基本假設，它們分別是「守恆律」、「確定性」和「定域性」。

「守恆律」

指的是，一個系統中某個物理量不會隨著時間的改變而改變的定律。

最簡單的守恆律是1+1=2，這也是我們這個世界的基石，很難想象如果有一天人們算出來1+1 ≠2了，這個世界將會如何的崩塌。物理界的守恆律其實有很多，比如能量守恆、動量守恆、角動量守恆等等。

「確定性」

指的是，從經典物理的規律出發就能夠得到確定的解。

比如，我們透過時間和速度相乘就能夠得到路程。

「定域性」

指的是，一個特定的物體只能夠被它周圍的“力”所影響，也就是說兩個物體之間的相互作用必須以波或者粒子作為中介才能夠進行傳播，簡單點來說，地域性就是指兩個物體不可能平白無故地發生相互作用。

可是當我們接收了量子力學的不確定性後，就必須承認在“愛波羅組合”的思想實驗中，守恆律和定域性其中之一就要被否定了，量子力學在之前已經表現出了對守恆定律的遵守，所以此時就不得不承認「定域性」遭受到了挑戰，也就是說，兩個糾纏的粒子就算距離再遠，也能夠瞬時給對方施加影響，如同心靈感應一般不需要任何過程。愛因斯坦也覺得這件事情實在太過蹊蹺，當年給它取了一個名字叫做—— 「幽靈般的超距作用」。

這裡就會有一個重要的問題，量子糾纏使得「定域性」受到了挑戰，兩個相距遙遠的粒子之前產生的作用，這種作用已經超過光速了，難道相對論要失效了嗎？

當然不是。

目前我們還沒有發現愛因斯坦相對論失效的證據，量子可以超光速，但是它不違背相對論，這是因為相對論只限制了資訊的傳播速度不能超過光速，宇宙中確實有一些超越光速的存在，比如宇宙的膨脹速度就可以超過光速，但是宇宙膨脹本身不會傳遞資訊，所以不能說宇宙膨脹的速度超過光速就違背了相對論。

同樣的，量子之間存在超距作用，但是這種超距作用不會傳遞資訊，在量子力學中兩個糾纏的粒子狀態是完全隨機的，測量所得到的結果也是完全隨機的，透過兩個遙遠距離相互糾纏，粒子之間的同步變化所能傳遞的也僅僅只是一些隨機的訊號，我們無法透過這些隨機的訊號獲取任何有用的資訊。

舉例說明：

「量子」就像一個不聽話的打字員，當你想要給對方傳送一個零時，這位打字員卻偏偏不會這麼做，一直在鍵盤上隨機地敲打，即使對方得到了一串字元，但這串字元中也不包含任何可用的資訊。這是因為根據定義來看，資訊是能夠減少系統的不確定性的內容，量子糾纏既然不能減少系統的不確定性，自然無法傳遞任何資訊，也就不違反相對論了。

黃姤結語·「量子」究竟在糾纏些什麼呢？為什麼會產生量子糾纏呢？

也許你會說這是因為量子的不確定性原理，兩個相關聯的粒子之前都處於疊加狀態，當測量改變了它們的狀態時，它們的狀態需要同步地改變，那麼你接著會問，為什麼量子會有不確定性呢？測量量子狀態之時又發生了什麼樣的事情呢？

恐怕這樣的問題誰也回答不上來了，科學家根據理論得到了很多結論，這些結論和實驗結果符合地很好，所以現階段我們就認為這些理論是正確的。

根據量子力學的理論，推匯出來了量子之間會產生糾纏，只知道這種糾纏和實驗結果符合得非常好，目前也只能做到這些，其實很多問題如果我們多問幾個為什麼！問題就會沒有答案。

比如牛頓的蘋果為什麼會從樹上掉下來這個經典的問題，你會說蘋果從樹上掉下來是因為萬有引力，地球在吸引著蘋果，那麼我問你為什麼會有萬有引力呢？你會說這是因為廣義相對論，有質量的物體會使時空彎曲，那我問你為什麼有質量的物體會使時空彎曲呢？這個問題恐怕就連愛因斯坦也無法回答了，我們只能告訴你，這個理論是由愛因斯坦提出的，它和多數的實驗和觀測結果符合得非常好，在現階段我們就是認為廣義相對論是正確的。

事實上，只要我們針對某一個簡單的問題一直追問下去，不出幾個回合就達到了人類目前認識水平的極限，所以對於量子糾纏所產生的最深層次的原因，其實誰也不知道，我們只知道反正目前世界上所有的實驗室所做出的實驗都認為量子糾纏是確實存在的。

有人認為，量子糾纏其實是兩個量子在高維度空間的零距離，我們看到的三維空間只是這個高維空間的投影，這種說法嚴格意義上沒有什麼毛病，但關鍵點在於這種說法在現階段很難去證明，也很難去證偽，因為現階段甚至連高維空間長成什麼樣都無法得知，更何況去驗證它呢！所以對量子糾纏這種鬼魅一般的效應，在現階段我們只能接受就好了，至於為什麼會糾纏！怎樣糾纏！糾纏什麼！目前來說誰也不知道，我們只能留給後來人了。

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