1.玻爾與愛因斯坦之爭

量子糾纏是一種理論性的預(yù)測，它是從量子力學(xué)的方程式中得來的。如果兩個粒子的距離夠近，它們可以變成糾纏狀態(tài)而使某些性質(zhì)連接。出乎意料的是，量子力學(xué)表明，即便你將這兩個粒子分開，讓它們以反方向運動，它們依舊無法擺脫糾纏態(tài)。 要了解量子糾纏有多么怪異，我們可以拿電子的“自旋”作為例子。電子的自旋與陀螺不同，其狀態(tài)總是游移不定的，直到你觀測它的那一刻才能決定。當(dāng)你觀測它時，就會發(fā)現(xiàn)它不是順時針轉(zhuǎn)就是逆時針轉(zhuǎn)。假設(shè)有兩個互相糾纏的電子對，當(dāng)其中一個順時針轉(zhuǎn)時，另一個就逆時針轉(zhuǎn)，反之亦然。不過奇怪之處是它們并沒有真正連接在一起。對量子理論堅信不疑的玻爾和他的同事們相信，量子糾纏可以預(yù)測相隔甚遠(yuǎn)的電子對的狀態(tài)，即便它們一個在地球，一個在月球，沒有傳輸線相連，如果你在某個時刻觀測到其中一個電子在順時針旋轉(zhuǎn)，那么另一個在同一時刻必定是在逆時針旋轉(zhuǎn)。換句話說，如果你對其中一個粒子進(jìn)行觀測，那么你不僅影響了它，你的觀測也同時影響了它所糾纏的伙伴，而且這與兩個粒子間的距離無關(guān)。兩個粒子的這種怪異的遠(yuǎn)距離連接，愛因斯坦稱之為“鬼魅般的超距作用”。 量子糾纏的神奇之處就在于，當(dāng)你對其中一個粒子測量時，也會影響到另一個粒子的狀態(tài)，盡管二者之間沒有作用力、滑輪或電話線之類的東西相連，也沒有任何方法可以彼此溝通。 愛因斯坦無法相信糾纏會如此運作，于是他說服自己：出錯的是數(shù)學(xué)，而不是現(xiàn)實。他贊同糾纏態(tài)的粒子是存在的，但他認(rèn)為有更簡單的方式可以解釋為什么它們彼此連接，而不必涉及神秘的超距作用。他堅信一對糾纏態(tài)的粒子更像是一雙手套。想象把一雙手套分開放置于兩只箱子中，然后一只箱子交給你保管，另一只箱子則放置于南極洲，在你開箱以前就知道箱子里放著左手或右手的手套。然后你打開箱子，如果看見左手的手套，在這瞬間，就算沒人看過南極洲的箱子，你也能夠知道那里裝的是右手的手套。這一點也不神秘，你打開箱子，顯然不會影響到另一只箱子里的手套。你身邊的這只箱子裝著左手的手套，而南極洲的那只箱子則裝著右手的手套，這是在當(dāng)初分裝時就已決定了的。愛因斯坦相信，所謂的糾纏態(tài)只不過如此而已，電子的一切狀態(tài)在它們彼此分離的時候就已經(jīng)決定了。 玻爾和愛因斯坦，到底誰對誰錯？玻爾所擁護(hù)的量子力學(xué)方程式表明，相互糾纏的粒子即使相距很遠(yuǎn)，也可以互相連接；而愛因斯坦則不相信有鬼魅般的連接，而認(rèn)為在觀察以前，一切就已經(jīng)決定了。愛因斯坦稱，粒子在被觀測前就已經(jīng)決定了自旋狀態(tài)。如果有人問這兩位“那你怎么知道呢”，愛因斯坦會說“你測量它，就會發(fā)現(xiàn)那絕對的自旋態(tài)”。玻爾則會說“自旋的狀態(tài)是由于你的觀測所造成的”。當(dāng)時，沒人曉得怎么去解決這個問題,于是這個問題被認(rèn)為是哲學(xué)問題，而不是科學(xué)問題。1955年，愛因斯坦逝世前仍舊相信量子力學(xué)是個不完備的理論。

2.克勞澤的驗證

1967年，在美國哥倫比亞大學(xué)，愛因斯坦挑戰(zhàn)量子力學(xué)的任務(wù)由一位年輕人承接下來了。當(dāng)時，約翰·克勞澤（John Clauser）正在尋找天文物理學(xué)博士論文的課題。在讀了一篇鮮為人知、由愛爾蘭物理學(xué)家約翰·貝爾（John Bell)所寫的論文后，克勞澤認(rèn)為自己找到了驗證誰對誰錯的實驗方法。在這篇論文中，貝爾已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如何驗證糾纏態(tài)的粒子究竟是用鬼魅般的作用來溝通，抑或是根本就沒有什么鬼魅，粒子的狀態(tài)就像是成雙的手套那樣早就已經(jīng)決定了的。貝爾甚至巧用數(shù)學(xué)運算，證明了如果這鬼魅般的作用不成立，那么量子力學(xué)就正如愛因斯坦所想的那樣，是錯的。貝爾是個理論物理學(xué)家，他的論文表明只要你能夠建造出一種儀器，能夠大量制造并比較糾纏態(tài)的粒子，這個問題就可以被解決。 按照貝爾在論文中的想象，克勞澤設(shè)計出了能夠平息這場爭論的儀器?！澳菚r候我還只是個笨手笨腳的研究生，便很幸運地有了一個機(jī)會來發(fā)現(xiàn)能夠震撼全世界的結(jié)果?！笨藙跐傻膬x器可以測量數(shù)以千計的糾纏粒子，然后比較它們的自旋狀態(tài)，但隨著結(jié)果逐漸揭曉，克勞澤感到驚訝并為此不悅?！拔也粩嗟貑栕约海何夷睦镒鲥e了嗎？”克勞澤反復(fù)重復(fù)了自己的實驗。不久法國物理學(xué)家阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect)進(jìn)行了更明確的測試，得到了更加確定的結(jié)果，消除了一切疑問。 克勞澤與阿斯佩的結(jié)果相當(dāng)驚人，他們證明了量子力學(xué)的方程是正確的，糾纏是真實的，粒子可以跨越空間連接——對其一進(jìn)行測量，確實可以瞬間影響到它遠(yuǎn)方的同伴，仿佛跨越了空間限制。愛因斯坦生前認(rèn)為不可能的“鬼魅般的超距作用”確實存在?！拔以俅螢樽约簺]有推翻量子力學(xué)而感到難過，因為無論是在當(dāng)時還是現(xiàn)在，要我理解量子力學(xué)都是很困難的?！笨藙跐烧f。

3.瞬間移動技術(shù)

量子糾纏是量子力學(xué)里最古怪的東西。即使我們無法領(lǐng)會它，也不要問這是為什么，我們只能說，世界顯然就是如此運作的。倘若我們能夠接受世界原本就是如此古怪的事實，那么我們能否利用這種“鬼魅般的超距作用”來做些有用的事情呢？好吧，夢想之一就是實現(xiàn)“瞬間移動”，將人體或物體從一處傳送到另一處，而不需要經(jīng)過中間的空間。 美國科幻劇《星際迷航》總是在用“瞬間移動”方法，把人從一處送到另一處。不過這是科幻，量子糾纏能使夢想成真嗎？事實上，瞬間移動的實驗早就在非洲加那利群島的海岸邊進(jìn)行了?！拔覀冎赃x在加那利群島做實驗，是因為這里有兩座天文臺，這樣的實驗環(huán)境很棒?！本S也納大學(xué)的實驗物理學(xué)家安東·蔡林格（Anton Zeilinger)說。蔡林格的傳送對象不是他自己或其他人，他試圖利用量子糾纏來傳送單一微小的粒子，在此例中是光的粒子，即光子。他先在拉帕爾瑪?shù)膶嶒炇抑兄圃斐鲆粚m纏的光子，將其一留在拉帕爾瑪，另一個則用激光發(fā)送到140公里外的特內(nèi)里費島上。蔡林格再追加第三顆要被傳送的光子，讓它與留在拉帕爾瑪?shù)募m纏光子互相作用。研究團(tuán)隊再將這兩個光子的量子狀態(tài)做出比較，神奇的事就發(fā)生了。由于鬼魅般的超距作用，團(tuán)隊能夠利用這項比較來將遠(yuǎn)方島上的糾纏態(tài)光子轉(zhuǎn)變?yōu)榕c第三顆光子相同的東西，仿佛第三顆光子瞬間超越了海洋一樣。 “這就像是取出了原本光子的信息，然后在遠(yuǎn)方重建它?！笔褂眠@種技術(shù)，蔡林格已經(jīng)成功傳送了幾十個光子。 如果將這種技術(shù)繼續(xù)發(fā)展下去會如何呢？既然我們的身體也是由粒子所組成的，那么這項技術(shù)未來能否用來傳送人體呢？假如你人在上海，卻想去巴黎吃頓午餐，那么理論上，量子糾纏在未來可以使之實現(xiàn)。你只需要在上海把自己變成一群粒子，并使它們與巴黎的另一群粒子糾纏。 想象一下遙遠(yuǎn)未來的某一天，在上海，你走進(jìn)一個透明的圓筒狀掃描艙中，裝置便開始擊碎你的身體，將其分解成為基本粒子，并掃描每一個粒子：與此同時，位于巴黎的一個掃描艙也對其中的粒子進(jìn)行掃描，列出上海與巴黎兩組粒子的量子狀態(tài)對照表，接著加入了糾纏效應(yīng)。隨后,操作員將量子狀態(tài)對照表傳送到巴黎，在那邊用這張表來重建你身體粒子的確切量子狀態(tài)。由于鬼魅般的超距作用，另一個你就在巴黎成形了。這并非是你身體的粒子從上海移動到了巴黎，而是量子糾纏允許你的量子狀態(tài)可以在上海被擷取，于是你的復(fù)制品到了巴黎。在巴黎成形的那位的確是你，因為在上海測量所有粒子的狀態(tài)時，就已經(jīng)摧毀了原來的你。 就目前的技術(shù)而言，我們離人體“瞬間移動”還很遙遠(yuǎn)，但這樣的展望仍然會引發(fā)我們的深思。顯然，位于上海與位于巴黎兩處的你是毫無差異的，因為根據(jù)量子力學(xué)，讓你成為你的不是物理粒子，而是這些物理粒子中所包含的信息，而構(gòu)成你身體的幾百萬兆個粒子中的信息都可以被傳送。不過你或許仍然會問：巴黎那邊的我真的是我嗎？ 蔡林格認(rèn)為：“這是一個深刻的哲學(xué)問題。到達(dá)接收站的個體究竟是不是本來的個體？我所說的“本來’的個體，應(yīng)該是含有原本個體的所有特性，如果是這樣的話，那么就可以算是‘本來’”。 不過，人的情感卻往往是非理性的?？藙跐删驮f過：“我可不想踏進(jìn)那機(jī)器里一步。”