量子纠缠六问

文/袁岚峰

量子科技是当前的热点话题，而艰深的量子力学理论也让很多人产生了一些误解，如关于量子纠缠的六个常见问题。

01

量子纠缠的原理是什么？是不是没有人知道？

回答是：量子纠缠的原理就是量子力学中的叠加和测量。其实量子纠缠是一个被理论预言，然后成功被观察到的现象，而不是意外的实验发现，所以它的原理怎么会没人知道呢？

02

量子力学中的叠加和测量的原因又是什么？

回答是：这个我们确实不知道。目前能说的只是，从此理论推出的所有观测结果都跟实验符合，所以我们认为这些理论是正确的。如果你对此不满意，我就需要提醒你一点：这是完全正常的。你只要对一个理论追问下去，很快就会达到人类当前认识水平的极限。

例如，你问：苹果为什么会落地？回答是：因为地球上有重力。你再问：地球上为什么有重力？回答是：任何两个有质量的物体之间都存在万有引力。

到这里为止，都还很简单。你再问：为什么存在万有引力？这个问题一下子就变得非常深奥。爱因斯坦会告诉你，根据广义相对论，有质量的物体导致时空弯曲。

你再问：质量为什么能导致时空弯曲？这个问题就连爱因斯坦也回答不了你，只能说：更深的原因我们也不知道，现在只能说事情确实是如此，因为由它推出的观测结果跟实验相符合。

你看，你仅仅问了四个问题，就达到了人类当前的认知极限。量子力学和相对论就是人类目前的两个极限。无论人类取得多大的进步，在任何时刻总是有极限的。所以我们必须老老实实地承认自己的所知有限，同时也不能以此为理由就否认已知的知识。

我们会努力探索比量子力学更基本的原理，如果它存在的话。同时在我们所知的范围内，我们应该认为量子力学是正确的，而不应因“下面还没有挖出更深的一层”就不承认这一层。

03

量子纠缠不需要时间，速度是无穷大，是不是违反了狭义相对论？

回答是：并没有。狭义相对论说的是传输信息不能超光速。但量子纠缠并不传输信息，所以它完全可以超光速。

04

人们经常用心灵感应来形容量子纠缠，例如在成龙主演的电影《双龙会》中，一对双胞胎总是做同样的动作。量子纠缠是不是说明了心灵感应存在？

回答是：并没有。这个比喻很形象，不过仅仅是个比喻而已，只是对现象的描述，完全不涉及原理。心灵感应是否存在，我们还不能确定。但量子纠缠是早已确定存在的，所以这两个现象完全不在一个层面。

05

量子纠缠的原理是不是两个相距遥远的粒子在高维空间里连在一起？或者说它们的“内部距离”为零，我们平时看到的三维空间是高维空间的投影。

回答是：这种说法看起来很机智，实际上没有意义。它完全是为了解释量子纠缠这一个现象而提出来的，而且只是定性解释，不能给出任何定量预测，也不能用到任何别的现象上，所以这只是一种语言游戏而已。

历史上出现过一种非常有戏剧性的例子，叫作船货崇拜(cargo cults)。它说的是有些与世隔绝的原始部落见到外来的技术时，无法理解原理，把它当作神迹来崇拜。

例如，第二次世界大战时美军在某些岛屿建立临时基地，岛民对“大铁船”（军舰）和“大铁鸟”（军用飞机）以及其中运送的物资感到十分惊讶，把美军当成了神。第二次世界大战结束后，美军离开了小岛，这些岛民居然发展出一种宗教。他们穿着美军军服，升起美国国旗，用草和木片扎成了“神鸟”（飞机），清理出一片空地作为机场，甚至晚上还插上火把来引导“神鸟”降落。他们相信，有朝一日“神”会带着更多货物再来，引领他们进入幸福新时代。

如果有个聪明的原始人对飞机创造一个理论，说有一只大鸟的灵魂在这个铁鸟里面托着它飞，你觉得怎么样呢？这个理论对原始人来说可能很有道理，在内行听起来却完全是自作聪明，毫无用处。真要想理解飞机飞行的原理，你就必须学习空气动力学。如伯努利原理：机翼下方的空气流速低，压强高；机翼上方的空气流速高，压强低。两者的压强差导致升力。这才是理解飞机飞行的正道。同样，真要想理解量子纠缠的原理，你就必须学习量子力学，舍此别无他途。

06

量子纠缠是不是证明了灵魂存在？是不是证明了某种神秘主义或者宗教的观点？

回答是：这纯属鬼话连篇。量子纠缠是一个原理很清楚的物理现象，你要拿它来讨论哲学或宗教，至少也应该先搞清楚它是什么！

如果以上的六个问题你都能思考清楚，那么你现在已经是一个量子纠缠专家了。你关于量子纠缠的知识水平可能已经超越了 99.99% 的人！

本文选自《科学画报》

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