在網(wǎng)絡(luò)上搜索關(guān)于量子力學(xué)的小視頻，發(fā)現(xiàn)一些偽科普言之鑿鑿地說:量子糾纏的速度超過了光速的一萬倍，云云。
量子糾纏，是指當(dāng)幾個(gè)微觀粒子在相互作用后，便發(fā)生了關(guān)聯(lián)，它們所擁有的特性已經(jīng)綜合成為一個(gè)整體，再也無法單獨(dú)描述各個(gè)粒子的性質(zhì)，只能描述整體系統(tǒng)的性質(zhì)。
量子糾纏是一種純粹發(fā)生于微觀量子世界的現(xiàn)象，在宏觀經(jīng)典世界，不存在類似的現(xiàn)象。
量子糾纏現(xiàn)象存在著一個(gè)難以理解的問題——瞬時(shí)超距作用。
牛頓的萬有引力定律也存在著這個(gè)惱人的問題。萬有引力定律的公式
量子糾纏的瞬時(shí)超距作用，還得從量子糾纏的發(fā)現(xiàn)過程開始講起。
二十世紀(jì)二、三十年代，可以說是量子力學(xué)發(fā)展的黃金時(shí)代，研究量子力學(xué)的科學(xué)家群英薈萃，眾多年輕科學(xué)家脫穎而出，量子力學(xué)體系基本建成。愛因斯坦因?yàn)橐M(jìn)普朗克的能量子假說，成功地解釋了光電效應(yīng)，成為量子論的奠基人之一。
隨著量子論的深入發(fā)展，各種奇幻的量子現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)，與之相應(yīng)的各種奇特理論解釋開始百家爭(zhēng)鳴，以波爾為核心的哥本哈根解釋更是一枝獨(dú)秀。
這時(shí)候，愛因斯坦對(duì)新量子論的那些稀奇古怪的解釋十分不滿。他認(rèn)為，人們之所以覺得量子現(xiàn)象非常奇異而難以理解，是因?yàn)檫€有許多隱藏的變量沒有被發(fā)現(xiàn)而已。換句話說，現(xiàn)在的量子理論是不完備的理論。
1935年，愛因斯坦聯(lián)合波多爾斯基和羅森提出了一個(gè)假想實(shí)驗(yàn)，目的就是為了證明新量子論的不完備性，或者說是荒謬性。這個(gè)著名的假想實(shí)驗(yàn)，后來被稱為EPR悖論（E:愛因斯坦、P:波多爾斯基和R:羅森，EPR 是這三位物理學(xué)家姓氏的首字母縮寫）。
EPR假想實(shí)驗(yàn)的具體設(shè)計(jì)步驟如下：
假設(shè)有一個(gè)零自旋中性π介子，自發(fā)衰變成一個(gè)電子和一個(gè)正電子，并各自朝著相反方向移動(dòng)。愛麗絲在地球上，負(fù)責(zé)觀測(cè)電子；鮑勃在月球上，負(fù)責(zé)觀測(cè)正電子。
咋一看，這個(gè)假想實(shí)驗(yàn)并沒有什么特別之處。
在不做觀測(cè)的情況下，電子的自旋狀態(tài)，有上旋和下旋兩種可能，兩種狀況疊加在一起，每一種狀況都有可能出現(xiàn)；正電子的自旋狀態(tài)，也有上旋和下旋兩種可能，兩種狀況疊加在一起，每一種狀況都有可能出現(xiàn)。
問題就出在觀測(cè)事件發(fā)生之后。
如果愛麗絲在地球上對(duì)電子做了觀測(cè)，電子自旋的疊加態(tài)就會(huì)坍縮，要么處于確定的上旋狀態(tài)，要么處于確定的下旋狀態(tài)。同樣，如果鮑勃在月球上也對(duì)正電子做了觀測(cè)，正電子自旋的疊加態(tài)也會(huì)坍縮，要么處于確定的上旋狀態(tài)，要么處于確定的下旋狀態(tài)。
問題來了。
如果在地球上的愛麗絲觀測(cè)到電子的自旋狀態(tài)為上旋，在月球上的鮑勃觀測(cè)到正電子的自旋狀態(tài)為下旋，那么，這對(duì)從同一個(gè)系統(tǒng)里面分裂出來的粒子，就遵守了能量守恒定律。反過來，如果在地球上的愛麗絲觀測(cè)到電子的自旋狀態(tài)為下旋，在月球上的鮑勃觀測(cè)到正電子的自旋狀態(tài)為上旋，則這對(duì)從同一個(gè)系統(tǒng)分裂出來的粒子也遵守了能量守恒定律。
但是，如果在地球上的愛麗絲觀測(cè)到電子的自旋狀態(tài)為上旋，在月球上的鮑勃觀測(cè)到正電子的自旋狀態(tài)也是上旋，那么，這對(duì)從同一個(gè)系統(tǒng)分裂出來的粒子，就明顯違背了能量守恒定律。反過來，如果在地球上的愛麗絲觀測(cè)到電子的自旋狀態(tài)為下旋，在月球上的鮑勃觀測(cè)到正電子的自旋狀態(tài)也是下旋，則這對(duì)從同一個(gè)系統(tǒng)分裂出來的粒子，也明顯違背了能量守恒定律。
按照愛因斯坦他們的假設(shè)，一個(gè)電子與一個(gè)正電子分離后，就變成了兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，不會(huì)相互關(guān)聯(lián)和相互干涉。因此，根據(jù)量子力學(xué)的不確定性原理，上述實(shí)驗(yàn)中，在地球上的愛麗絲和在月球上的鮑勃，觀測(cè)到兩個(gè)粒子的自旋狀態(tài)同時(shí)為上旋或同時(shí)為下旋的情況一定存在，也就是它們違背能量守恒定律的情況一定存在。
EPR假想實(shí)驗(yàn)，是基于“瞬時(shí)超距不存在”的假設(shè)。這種“定域性假設(shè)”就是:如果在測(cè)量時(shí)，兩個(gè)體系不再相互作用，那么對(duì)第一個(gè)體系所做的任何觀測(cè)，都不會(huì)對(duì)第二個(gè)體系發(fā)生任何影響，反之亦然。
EPR假想實(shí)驗(yàn)，是愛因斯坦等人為消滅新量子論的“妖怪”而設(shè)計(jì)的“大殺器”，矛頭直指新量子論的心臟——不確定性原理。
EPR假想實(shí)驗(yàn)的狠毒之處在于:如果新量子派認(rèn)為在地球上的愛麗絲觀測(cè)到電子的自旋狀態(tài)為上旋，那么，在月球上的鮑勃觀測(cè)到正電子的自旋狀態(tài)必然為上旋——因?yàn)橹挥羞@樣才不會(huì)違背能量守恒定律?？墒牵@恰恰掉進(jìn)了愛因斯坦他們?cè)O(shè)置的“陷阱”——承認(rèn)了“瞬時(shí)超距作用”的存在。電子在地球上，正電子在月球上，它們已經(jīng)分裂成為兩個(gè)毫無關(guān)聯(lián)的獨(dú)立系統(tǒng)，測(cè)量地球上的電子，竟然會(huì)關(guān)聯(lián)到月球上的正電子，這種瞬時(shí)超距作用，在堅(jiān)持定域?qū)嵲谡摰膼垡蛩固沟热丝磥?，是不可思議的事情，根本就不科學(xué)！
如果新量子派說“我們也不相信瞬時(shí)超距作用”，就會(huì)陷入第二個(gè)大“陷阱”——違背能量守恒定律。能量守恒定律，無論是在過去，還是在今天，甚至在未來，都是物理學(xué)的金科玉律，不可違背。新量子論一旦掉進(jìn)違背能量守恒定律的陷阱，必將粉身碎骨，萬劫不復(fù)。
EPR假想實(shí)驗(yàn)爭(zhēng)議的核心就是“瞬時(shí)超距作用”是否存在的問題。認(rèn)為“瞬時(shí)超距作用”不存在的，屬于定域?qū)嵲谡?；認(rèn)為“瞬時(shí)超距作用”存在的，屬于非域?qū)嵲谡摗?/p>
薛定諤看到EPR假想實(shí)驗(yàn)后，將從同一個(gè)系統(tǒng)分裂出來的兩個(gè)粒子之間的關(guān)聯(lián)，稱為“量子糾纏”。從某種程度上講，正是愛因斯坦等人促成了量子糾纏現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。量子力學(xué)的歷史充滿了黑色幽默，原先反對(duì)它的，最后反而成就了它。例如當(dāng)初薛定諤設(shè)計(jì)的“貓實(shí)驗(yàn)”，原本是想嘲弄一下新量子論的荒誕不經(jīng)，可是后來“薛定諤的貓”卻成了量子力學(xué)的最佳“代言人”。這是題外話，下面我們言歸正傳。
以愛因斯坦為首的定域?qū)嵲谡撜?，同以波爾為首的非定域論者，由此展開了曠日持久的拉鋸戰(zhàn)。由于雙方都沒有實(shí)驗(yàn)觀測(cè)依據(jù)作支撐，這場(chǎng)論戰(zhàn)一度陷入了玄學(xué)爭(zhēng)論的泥坑而不能自拔。
1964年，英國(guó)物理學(xué)家貝爾，從“隱參量存在和定域性成立”出發(fā)，得到一個(gè)可供實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的不等式。這就是鼎鼎大名的貝爾不等式，其數(shù)學(xué)形式為∣Pxz-Pzy∣≤1+Pxy .
貝爾不等式，基于定域性和實(shí)在性的雙重假設(shè)，對(duì)兩個(gè)分隔的粒子同時(shí)被測(cè)量時(shí)，其結(jié)果的可能關(guān)聯(lián)程度，建立了一個(gè)嚴(yán)格的限制。
貝爾原本是愛因斯坦的忠誠(chéng)粉絲，他設(shè)計(jì)這個(gè)不等式的初衷就是為了支持定域?qū)嵲谡?。如果這個(gè)不等式成立，則證明愛因斯坦堅(jiān)持的定域?qū)嵲谡摮闪?；如果這個(gè)不等式不成立，則證明波爾主張的非定域?qū)嵲谡撜_。
貝爾把一個(gè)長(zhǎng)期爭(zhēng)論不休的哲學(xué)理論問題，變成一個(gè)可供實(shí)驗(yàn)判決的科學(xué)問題，讓定域?qū)嵲谡撆c非定域?qū)嵲谡撝g的論戰(zhàn)，重新回歸科學(xué)理性，可謂功莫大焉。
關(guān)于貝爾不等式的證明非常復(fù)雜難懂，這里不作過程講解，只作結(jié)果介紹。感興趣的朋友在網(wǎng)絡(luò)上搜索一下，就會(huì)有“貝爾不等式”這個(gè)詞條的詳細(xì)論述。
1972年，約翰·克勞澤與史達(dá)特·弗利曼首先完成了貝爾的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合量子力學(xué)的預(yù)測(cè)，說明從同一個(gè)量子系統(tǒng)分裂出去的兩個(gè)粒子，在遠(yuǎn)距離上確實(shí)還存在著相互關(guān)聯(lián)。
2017年，中國(guó)的量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星墨子號(hào)，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)量子糾纏光子的分發(fā)，它們被發(fā)射到相距超過1200公里的距離后，仍可繼續(xù)保持其量子糾纏的狀態(tài)。那曾經(jīng)被愛因斯坦戲稱為“鬼魅般的超距作用”，被實(shí)驗(yàn)一次次地證實(shí)。
今天，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。量子通信和量子計(jì)算，一旦技術(shù)成熟進(jìn)入商用，勢(shì)必要引發(fā)一場(chǎng)信息革命和人工智能革命。
量子糾纏的瞬時(shí)超距作用，違背了愛因斯坦的廣義相對(duì)論光速不可超越的限定。量子物理學(xué)家為了調(diào)和這個(gè)矛盾，提出“量子糾纏不傳遞信息”的假設(shè)。至于為什么不傳遞信息，暫時(shí)還沒有比較有說服力的解釋。
這里要特別強(qiáng)調(diào)一下，隱藏在量子糾纏現(xiàn)象背后的本質(zhì)和原理，到目前為止科學(xué)界尚未搞清楚。量子糾纏的瞬時(shí)超距作用，還是謎一般的存在。
有人提出高維空間理論來解釋量子糾纏，他們推測(cè)兩個(gè)分裂的粒子在高維空間中存在著關(guān)聯(lián)，只是目前人類的科技水平還不能觀測(cè)到。大家同時(shí)也要注意，高維空間理論，目前仍然是一種數(shù)學(xué)模型，在四維空間以上，是否存在更高維的空間，現(xiàn)在還沒有辦法進(jìn)行觀測(cè)。大家千萬不能把數(shù)學(xué)模型當(dāng)真實(shí)存在，量子糾纏的高維空間理論解釋，僅僅屬于一種推測(cè)。
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)空本來就存在那里，然后等待著物質(zhì)去填充。時(shí)空并不是一個(gè)最基本的存在。
兩個(gè)糾纏粒子分離的過程，實(shí)質(zhì)上是二者創(chuàng)造新時(shí)空的過程。兩個(gè)粒子在分離的過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)隔不是問題。量子糾纏更能深刻地描述宇宙萬物的普遍聯(lián)系。
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。
最后，回答一下文章標(biāo)題的問題:量子糾纏的速度究竟超過光速多少倍？
在小學(xué)三年級(jí)的課本里面，我們就知道:速度=距離/時(shí)間。距離其實(shí)就是空間的大小或長(zhǎng)短。這里的空間和時(shí)間，都是經(jīng)典物理學(xué)里面的絕對(duì)空間和絕對(duì)空間，與之相應(yīng)的速度也是一個(gè)經(jīng)典物理學(xué)概念。用經(jīng)典物理學(xué)的空間和時(shí)間概念去描述非經(jīng)典的量子糾纏現(xiàn)象，本身就存在著巨大的問題。也就是說，用經(jīng)典物理學(xué)的語言，能不能恰當(dāng)?shù)孛枋隽孔蝇F(xiàn)象，還是一個(gè)大問題。
另一方面，即便可以用經(jīng)典物理學(xué)的速度概念去描述量子糾纏現(xiàn)象，目前的科學(xué)技術(shù)條件還無從下手去實(shí)施測(cè)量。簡(jiǎn)單直白地說，目前科學(xué)家還不知道究竟要用什么工具和方法去測(cè)量量子糾纏的速度。
所以說，一些自媒體說量子糾纏的速度超過光速千倍萬倍，純粹是想當(dāng)然的胡扯。
