爱因斯坦的幽灵——量子纠缠

可能大多数人搞不懂什么是量子纠缠，但大多数人一定都了解台球。打台球的关键就是控制球的方向和速度，谁控制得好，谁赢的机会就大。那么量子纠缠和台球有什么关系吗？

一、台球中隐含的前提

两个球相撞之后分开，它们的位置和速度就会有关联。当测量其中任意一个球，就会知道另外一个球的位置，不论这个球相距多远；对于速度的情况也是如此。这里面隐含着这样一个前提，即台球的碰撞过程是有规律的。

尽管两个台球的位置和速度之间存在相关性，但它们之间是相互独立的。对其中一个小球进行测量，不会影响到另外一个小球；被撞的球落袋停止后，不会影响另外一个小球的运动。

在台球中加入一套能在球之间通讯和反馈的装置，这套装置可以探测台球自身的速度变化，并通过电波发送给另外一个台球；另外一个台球接收到信号之后，机械装置启动，改变台球的速度。这样就在两个台球之间建立了更紧密的相互联系。

姑且把这种更紧密的台球联系称作“纠缠”。不过电磁联系是可以被屏蔽掉的，所以这两个台球之间的“纠缠”并不紧密。如果你觉得这很正常啊，这就是我们认知的感觉世界啊，但接下来把台球变成电子的话情况就变得非常诡异。

二、幽灵出世

两个电子以相互作用之后分开，它们的速度（严格来说是动量）和位置之间存在下述关联：两个电子的速度总是大小相等、方向相反，而它们之间的距离随着时间按一定的规律不断增加。

看起来这个规律跟台球一样，测量到一个电子的位置之后，就会知道另外一个电子的位置，这种位置关系，可以证明两个电子之间存在相关性。同样地，我们测量一个电子的动量之后，也会知道另外一个电子的动量，这同样能够证明两个电子之间的相关性。

可是，当我们仔细检查一下对电子的测量结果，却发现，尽管两个电子之间的距离随着时间的变化是有规律的，但是每个电子的位置却是完全随机的。同时，尽管两个电子的速度的测量值总是大小相等、方向相反，但是其数值同样是随机的。

这种随机性是一种意料之外的新现象，无论使用多么精确的测量仪器，都无法消除这种随机性。两个电子的相互作用后与两个台球相互作用后的相关性不同，很明显，电子之间的随机相关性要比确定相关性更强。换句话说，就是电子之间的“纠缠”比台球之间的纠缠更紧密。

三、这种随机性是来自测量过程吗？

很难想象两个电子之间能建立这种随机性的相关性，如果这种性质不是来源于电子自身，那么就应该是来源于测量过程。但如果是由于测量导致的，那么测量的结果将与电子位置的测量值有所不同，换句话说，就是测量会改变电子的位置，而这个改变后的位置对应于最后的测量结果。

还有一个非常重要的问题是，对其中一个电子的测量将同时改变两个电子的位置，而不仅仅是被测量的那个电子。因为只有这样，这两个电子的测量结果之间才可能存在相关性。如果测量过程真的对随机性有贡献，反而更加说明了，在这两个电子之间存在着某种神秘的“纠缠”。

现在的量子纠缠实验已经证明，这种神秘的“纠缠”现象是真实存在的。那么这种“纠缠”神秘在哪里呢？

四、谁在纠缠？

可能你会说，这简单啊，当然是微观粒子之间存在纠缠啊，更具体的来说就是，自旋（偏振）相互纠缠。但微观粒子的自旋状态是怎么样的？它是确定的吗？还是不确定的呢？或者是干脆无法知道的？这就是问题的本质。

由于目前的实验手段无法知道自旋状态是否具有确定性，这就引发了更深刻的问题，自旋的实在性是否有意义？

五、量子纠缠的形式究竟是怎样的？

现在的实验手段可以轻而易举地实现微观粒子之间的“纠缠”，由于这种纠缠可以超越时空存在，那么微观粒子之间是如何建立实时联系的呢？这种即使是相隔万里也能保持“通讯”的能力是一种怎么样的方式呢？

六、怎样才能解开纠缠呢？

办法很简单，测量即可。问题是，测量是如何解开纠缠状态的呢？为什么测量就可以解开纠缠呢？应该如何精确定义测量呢？现在有些人把测量归结为意识，这使得测量一词变得非常神秘。

七、超距作用是怎么回事？

科学家们可以通过同时测量两个纠缠粒子的状态获得这种纠缠的速度。实验表明，量子纠缠不通过空间，也不需要时间（时间非常短）。即使用尚未证明的弦理论也不能用多维空间的概念解释这种作用的瞬时性。迄今为止，没有一个实验能发现这种超距作用是怎么存在的，换句话说，这种作用是隐形的。

结束语

量子纠缠现象的发现，向我们揭示了一个完全不同于两个相撞后的台球之间的“纠缠”，这意味着，我们熟悉的台球相撞不过是一个幻像，微观世界是不可思议的。

如今基于量子纠缠原理的“墨子号”已经上天四年了，取得了大量的科研成果；同样基于量子纠缠原理的量子计算机也取得了突破性的进展。但是科学家们对于量子纠缠背后的原理仍然是一无所知，你觉得科学家们最后能找到答案吗？