 作為現(xiàn)代物理學(xué)的兩大支柱之一，量子力學(xué)描述了微觀粒子是如何發(fā)生相互作用的。在人類(lèi)已知的四大基本作用力中，除了引力之外的三個(gè)都已經(jīng)在量子力學(xué)中得到統(tǒng)一。 兩個(gè)物體靠得越近，它們對(duì)彼此施加的作用力就越大。如果它們離得太遠(yuǎn)，作用力就會(huì)降到零。這就是所謂的定域性原理，它幾乎在任何情況下都是成立的。但在量子力學(xué)中，定域性原理一直被違背。定域性可能只是一種錯(cuò)覺(jué)，而看穿這種表象可能正是物理學(xué)所需要的。 假設(shè)有兩個(gè)物體彼此靠近，它們會(huì)根據(jù)電荷和它們之間的距離出現(xiàn)相互吸引或排斥的作用。這可以想象成一個(gè)物體產(chǎn)生了能夠影響另一個(gè)物體的場(chǎng)，或者兩個(gè)物體交換粒子，使它們之間產(chǎn)生推力或拉力。  當(dāng)然，這種相互作用會(huì)有一個(gè)速度限制，那就是光速。根據(jù)狹義相對(duì)論，因?yàn)樨?fù)責(zé)力傳播的粒子不會(huì)以超光速運(yùn)動(dòng)，速度只能小于等于光速。 另一方面，基于生活經(jīng)驗(yàn)，我們建立起了因果關(guān)系的概念，這是少有的符合我們直覺(jué)的物理學(xué)觀點(diǎn)之一。對(duì)于宇宙中的任一個(gè)觀測(cè)者而言，都有一系列存在于過(guò)去和未來(lái)的事件。 在相對(duì)論中，這些事件要么包含在過(guò)去的光錐中，要么包含在未來(lái)的光錐中?？梢钥吹?、感知到或以其他方式影響觀測(cè)者的事件被稱(chēng)為因果關(guān)聯(lián)。從過(guò)去到未來(lái)，信號(hào)和物理效應(yīng)都能以光速傳播，但不會(huì)超光速。至少，這是人們的現(xiàn)實(shí)直覺(jué)。  但在量子宇宙中，相對(duì)論因果關(guān)系的概念并非那樣簡(jiǎn)單或普遍。根據(jù)不確定性原理，在對(duì)粒子進(jìn)行測(cè)量之前，它們的狀態(tài)是不確定的。在觀測(cè)粒子之前，它們處于所有可能狀態(tài)的疊加，這就是所謂的疊加態(tài)。 另外，也可以把兩個(gè)量子粒子糾纏在一起，這樣這兩個(gè)發(fā)生量子糾纏的粒子就有了相同的量子性質(zhì)。當(dāng)測(cè)量其中一個(gè)糾纏粒子時(shí)，不僅確定了該粒子的狀態(tài)，而且還能同時(shí)知道另一個(gè)糾纏粒子的狀態(tài)。 上述的量子現(xiàn)象已經(jīng)夠反直覺(jué)了，而下述的量子現(xiàn)象更是打破人們的傳統(tǒng)認(rèn)知：假如在時(shí)空的特定位置制造出一對(duì)糾纏粒子，然后，把它們之間的距離拉開(kāi)任意遠(yuǎn)，同時(shí)保持量子糾纏。如果測(cè)量其中一個(gè)粒子的狀態(tài)，瞬間就能知道相距遙遠(yuǎn)的另一個(gè)粒子的狀態(tài)，這是愛(ài)因斯坦所無(wú)法認(rèn)同的“幽靈般的超距作用”。  令人困惑的是，直到很久以后，觀測(cè)者才能檢測(cè)這個(gè)信息是否正確，因?yàn)楣庑盘?hào)從另一個(gè)地方傳播到另一個(gè)地方需要時(shí)間。當(dāng)信號(hào)到達(dá)時(shí)，對(duì)遠(yuǎn)處糾纏粒子狀態(tài)的期望會(huì)與測(cè)量結(jié)果100%一致。 在這種情況下，觀測(cè)者“知道”關(guān)于非本地或者說(shuō)光錐之外發(fā)生的測(cè)量信息。然而，觀測(cè)者并不完全不知道那里發(fā)生了什么。盡管沒(méi)有任何信息的傳播速度超過(guò)光速，但這種測(cè)量描述了量子物理中一個(gè)令人不安的事實(shí)——它本質(zhì)上是一個(gè)非定域理論。 但需要注意的是，測(cè)量一個(gè)糾纏粒子的狀態(tài)并不能告訴我們另一個(gè)的確切狀態(tài)，只能知道相關(guān)概率信息。由于沒(méi)有辦法超光速發(fā)送信號(hào)，只能使用這種非定域性來(lái)預(yù)測(cè)糾纏粒子特性的統(tǒng)計(jì)平均值。  從愛(ài)因斯坦到薛定諤再到德布羅意，沒(méi)有物理學(xué)家能提出更好的量子力學(xué)改進(jìn)版。不過(guò)，現(xiàn)在還有物理學(xué)家正在試圖做到這些。 其中之一是圓周理論物理研究所的物理學(xué)家Lee Smolin，他早在2003年就寫(xiě)過(guò)一篇論文，展示了量子引力的一般概念與量子物理的基本非定域性之間的有趣聯(lián)系。雖然物理學(xué)家還沒(méi)有建立起一個(gè)成功的量子引力理論，但他們已經(jīng)建立了一些有關(guān)量子引力理論的重要性質(zhì)。  當(dāng)試圖使引力量子化時(shí)，通過(guò)用粒子交換來(lái)代替廣義相對(duì)論中的時(shí)空彎曲概念來(lái)傳遞引力，這就會(huì)違背定域性。但如果觀測(cè)這些違背定域性行為的后果，就會(huì)發(fā)現(xiàn)可以夠通過(guò)新的、非定域性的、不可觀測(cè)的變量來(lái)解釋量子力學(xué)的非定域性行為。 那么，在不完備的量子力學(xué)中能否誕生新的理論，并引發(fā)新的物理學(xué)變革？愛(ài)因斯坦未完成的大統(tǒng)一理論能否實(shí)現(xiàn)？廣義相對(duì)論和量子力學(xué)能否最終統(tǒng)一起來(lái)？這些都有待時(shí)間給出答案。
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