量子糾纏是最難以理解的自然現(xiàn)象，沒(méi)有之一。連愛(ài)因斯坦那樣的偉大科學(xué)家，都稱之為“鬼魅般的超距作用”。

     在量子物理學(xué)里，幾個(gè)粒子在彼此相互作用后，會(huì)綜合成為一個(gè)整體，這時(shí)候就無(wú)法單獨(dú)地描述各個(gè)粒子的性質(zhì)，只能描述整體系統(tǒng)的性質(zhì)，這現(xiàn)象被稱為量子糾纏。

     以愛(ài)因斯坦為代表的舊量子派，一個(gè)量子系統(tǒng)分離成兩個(gè)量子系統(tǒng)后，二者之間便不存在關(guān)聯(lián)。如果有關(guān)聯(lián)，就會(huì)出現(xiàn)“愛(ài)麗絲觀測(cè)到電子自旋為上旋，鮑勃觀測(cè)到正電子自旋也是上旋，或者愛(ài)麗絲觀測(cè)到電子自旋為下旋，鮑勃觀測(cè)到正電子自旋也是上旋”的情況。電子和正電子是由零自旋中性π介子自發(fā)衰而來(lái)，電子自旋方向與正電子自旋方向必須正好相反，電子上旋與正電子下旋，相互抵消正好為零。愛(ài)因斯坦在邏輯上無(wú)疑是正確的。

     以波爾為代表的新量子派，堅(jiān)信兩個(gè)分離量子系統(tǒng)仍然存在關(guān)聯(lián)。只是當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，波爾拿不出來(lái)有力的證據(jù)來(lái)。

     舊量子派和新量子派的爭(zhēng)論，一度陷入以概念反駁概念的哲學(xué)之爭(zhēng)。

     好在貝爾提出了不等式：∣Pxz-Pzy∣≤1+Pxy，將一個(gè)長(zhǎng)期爭(zhēng)論不休的哲學(xué)問(wèn)題，變成一個(gè)可供實(shí)驗(yàn)判決的科學(xué)問(wèn)題。貝爾不等式的推導(dǎo)過(guò)程非常復(fù)雜，要求的技術(shù)條件也很高。這里不做詳細(xì)的推導(dǎo)介紹。貝爾不等式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明兩個(gè)事實(shí)：分離后的兩個(gè)量子系統(tǒng)存在著關(guān)聯(lián)；量子不確定性是量子的本質(zhì)屬性，并不是因?yàn)橛^察技術(shù)欠缺而導(dǎo)致觀察得不到確定的結(jié)果。            貝爾實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

     分離后的兩個(gè)量子系統(tǒng)存在著關(guān)聯(lián)。當(dāng)愛(ài)麗絲對(duì)電子進(jìn)行觀測(cè)的時(shí)候，電子自旋的疊加態(tài)坍縮，同時(shí)，正電子的自旋疊加態(tài)也坍縮，電子的自旋為上旋，正電子的自旋一定為下旋，反之亦然。同樣，當(dāng)鮑勃對(duì)正電子進(jìn)行觀測(cè)，正電子與電子的自旋疊加態(tài)同時(shí)坍縮，自旋方向也必然正好相反。這樣的觀測(cè)結(jié)果與能量守恒定律相符。

     愛(ài)因斯坦是量子論的創(chuàng)始人，他反對(duì)新量子派，不等于他完全反對(duì)量子論。他反對(duì)的是違背時(shí)空因果律的新量子論。兩個(gè)分離的量子系統(tǒng)，中間沒(méi)有任何介質(zhì)，卻能夠相互關(guān)聯(lián)，而且這種關(guān)聯(lián)相互影響是瞬時(shí)的，比光速還要快。這種反直覺(jué)經(jīng)驗(yàn)反時(shí)空因果律的“鬼魅現(xiàn)象”，愛(ài)因斯坦想不通，一百年后的你和我，同樣也想不通。

量子糾纏的速度為什么超過(guò)光速？

     兩個(gè)相互糾纏的粒子，無(wú)論相距多么遙遠(yuǎn)，只要其中一個(gè)被觀測(cè)，另一個(gè)瞬間就會(huì)“感知”。愛(ài)因斯坦將這種不可思議的現(xiàn)象戲稱為“鬼魅般的超距作用”。量子糾纏的“瞬時(shí)超距作用”，違反了相對(duì)論中信息傳遞不能超過(guò)光速的設(shè)定。愛(ài)因斯坦與薛定諤都感到很“糾結(jié)”。

     在思考量子力學(xué)問(wèn)題的時(shí)候，我們會(huì)不自覺(jué)地把經(jīng)典物理學(xué)的絕對(duì)時(shí)空觀帶進(jìn)來(lái)。這是造成我們苦惱的根本原因。

     速度是什么？空間是什么？時(shí)間是什么？物質(zhì)是什么？把這四個(gè)基本問(wèn)題重新思考，或許我們會(huì)得到答案。

     用經(jīng)典的時(shí)空概念，無(wú)法解釋量子糾纏。瞬時(shí)超距作用，究竟是什么“鬼怪”一般的存在？也許，我們需要建立一種新的時(shí)空觀念，才能理解。

     經(jīng)典的時(shí)空觀念認(rèn)為:時(shí)間均勻地流淌，與任何外部事物都無(wú)關(guān)；空間就如同舞臺(tái)背景，獨(dú)立存在于事物變化之外。時(shí)間、空間和物質(zhì)，三者之間沒(méi)有什么關(guān)聯(lián)，各自為政。愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論打破了絕對(duì)時(shí)空觀，認(rèn)為物質(zhì)的質(zhì)量變化能引起時(shí)空扭曲，時(shí)間、空間和物質(zhì)之間存在著密不可分的內(nèi)在聯(lián)系。時(shí)空的幾何結(jié)構(gòu)是引力存在的表現(xiàn)形式。

     在我們的頭腦里面，存在著一個(gè)頑固的定域性觀念：一個(gè)特定物體，只能被它周圍的力量影響；某一點(diǎn)的行動(dòng)，要傳遞到另一點(diǎn)，中間必須要借助某種媒介。例如，一個(gè)光子，必須借助電磁場(chǎng)，才能從一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一點(diǎn)。

     不打破定域性的三維時(shí)空觀念，永遠(yuǎn)無(wú)法理解量子糾纏。

     隨著科學(xué)研究的不斷推進(jìn)，人們對(duì)時(shí)空基本性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，也在逐漸深入。

     2006年，比伊利諾伊大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了時(shí)空的幾何結(jié)構(gòu)與量子糾纏存在著關(guān)聯(lián)。

     2013年，普林斯頓高等研究院的物理學(xué)家和斯坦福大學(xué)的物理學(xué)家在合作研究中發(fā)現(xiàn)，如果兩個(gè)黑洞糾纏在一起，它們就會(huì)產(chǎn)生蟲洞，即廣義相對(duì)論中所預(yù)言的一種時(shí)空捷徑。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)及進(jìn)一步的數(shù)據(jù)計(jì)算表明：過(guò)去被認(rèn)為不涉及實(shí)體聯(lián)系的量子糾纏，竟然能夠產(chǎn)生出時(shí)空結(jié)構(gòu)。

     量子糾纏能產(chǎn)生時(shí)空結(jié)構(gòu)，說(shuō)明“時(shí)空并不是前提，而是結(jié)果”。換而言之，時(shí)空并不是量子糾纏的場(chǎng)所，而是量子糾纏的產(chǎn)物。是物質(zhì)聯(lián)系產(chǎn)生了時(shí)空，而不是時(shí)空本來(lái)就存在那里等待物質(zhì)去填充。時(shí)空并不是一個(gè)最基本的存在。

     在量子力學(xué)里面，物質(zhì)和時(shí)空是有機(jī)的統(tǒng)一體:沒(méi)有物質(zhì)，就沒(méi)有時(shí)空；沒(méi)有時(shí)空，就沒(méi)有物質(zhì)；物質(zhì)產(chǎn)生，則時(shí)空產(chǎn)生；物質(zhì)消失，則時(shí)空消失；物質(zhì)是離散的，時(shí)空也是離散的；虛空處于“有”與“無(wú)”的疊加態(tài)，觀察導(dǎo)致虛空坍縮為“有”的確定狀態(tài)；物質(zhì)是凝固的時(shí)空，時(shí)空是融化的物質(zhì)。

     兩個(gè)糾纏粒子分離的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是它們創(chuàng)造新時(shí)空的過(guò)程。兩個(gè)粒子在分離的過(guò)程中建立了它們自己的新時(shí)空。當(dāng)其中一個(gè)被觀察，另一個(gè)立刻便“感知”，實(shí)質(zhì)上它們本來(lái)就一直都是一個(gè)整體。在微觀量子世界，聯(lián)系是根本，時(shí)空區(qū)隔不是問(wèn)題。量子糾纏更能深刻地描述宇宙萬(wàn)物的普遍聯(lián)系。

     量子糾纏創(chuàng)造的時(shí)空，可能超過(guò)了三維。這樣，理解量子糾纏的“瞬時(shí)超距作用”就容易了。如果將時(shí)空看成是一張平面的紙，那么發(fā)生糾纏的兩點(diǎn)之間肯定存在著距離；如果將紙對(duì)折，就形成了高維時(shí)空，那么兩個(gè)點(diǎn)就正好合并變成一個(gè)點(diǎn)，這樣糾纏之間當(dāng)然就不存在距離了。

     突破經(jīng)典物理的時(shí)空觀，用量子物理的時(shí)空觀去思考量子糾纏的奇特現(xiàn)象，或許會(huì)有所突破。量子系統(tǒng)的時(shí)空，與作為觀察者人類的時(shí)空，屬于各自不同的時(shí)空。而人類卻用自己在宏觀世界感受到的時(shí)空去衡量微觀量子世界的時(shí)空，自然會(huì)感覺(jué)奇異。各自的尺子都不一樣，怎么會(huì)得到同樣的觀測(cè)結(jié)果呢？

     “量子糾纏速度超過(guò)光速”本就是一個(gè)錯(cuò)誤的問(wèn)題。量子糾纏的傳輸，是瞬時(shí)的超距作用。嚴(yán)格地說(shuō)，量子糾纏，屬于時(shí)空聯(lián)系和時(shí)空運(yùn)動(dòng)，不是物質(zhì)傳輸和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)，不能用“光速”這個(gè)經(jīng)典概念去衡量它。我們常常在網(wǎng)絡(luò)上看見(jiàn)“量子糾纏的傳輸速度是光速的XX倍”，其實(shí)是將經(jīng)典概念與量子概念混為一談的說(shuō)法。

     正是因?yàn)榱孔蛹m纏具有瞬時(shí)超距作用的能力，所以才使得宇宙萬(wàn)物之間建立普遍聯(lián)系成為可能，我們棲居的宇宙作為一個(gè)整體才成為可能?；蛟S，要從這個(gè)層面來(lái)理解“天人合一”，才會(huì)更深刻。曾經(jīng)有人將宇宙視為一個(gè)生命整體，但一直被認(rèn)為是一種猜測(cè)。在量子糾纏原理的指導(dǎo)下，也許有一天，這種猜測(cè)會(huì)成為科學(xué)事實(shí)。

  墨子號(hào)量子實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星

     時(shí)至到今日，我們?nèi)匀徊恢懒孔蛹m纏的深層次本質(zhì)原因，但我們可以確定它真真實(shí)實(shí)地存在著，而且還越來(lái)越多地掌握了它的具體運(yùn)作機(jī)制。量子糾纏，既是量子加密通信的核心原理，也是量子計(jì)算的核心原理。量子糾纏，將成為未來(lái)社會(huì)最重要的量子資源之一。2017年6月16日，墨子號(hào)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了，兩個(gè)光子1200公里量子糾纏。2019年，谷歌設(shè)計(jì)的量子計(jì)算機(jī)，證實(shí)了量子的優(yōu)越性。

     二十一世紀(jì)是量子力學(xué)的運(yùn)用時(shí)代，量子糾纏已經(jīng)成為一種資源，被運(yùn)用到量子加密通訊和量子計(jì)算之中。量子加密通訊、量子計(jì)算機(jī)等一系列的量子技術(shù)，必將引發(fā)一場(chǎng)新的工業(yè)革命和信息革命。我相信，在運(yùn)用的過(guò)程之中，量子理論會(huì)隨著一個(gè)個(gè)的技術(shù)突破，而得到突破。一旦認(rèn)清了糾纏的機(jī)制，就能夠理解時(shí)空是怎么涌現(xiàn)出來(lái)。

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