是你的心？

還是我的心？

2018年的小天，一不小心就中了韓劇的毒。先是以一種極其瘋狂的姿勢迷上了一部叫《不是機(jī)器人》的韓劇，然后就開始天天給超模君喂安利，最后甚至變本加厲，直接拉上超模君跟她一起煲劇。

然而，這對(duì)于看電視只看《走近科學(xué)》和《科技之光》的超模君來說，一集下來，好像就只是講了女豬腳在不知道什么是量子什么是量子物理的情況下，利用量子糾纏原理（quantum entanglement），做出一個(gè)美其名曰“心形球”的這么一樣?xùn)|西的一個(gè)勵(lì)志且鼓舞人心的故事。

電視劇里，當(dāng)女豬腳這樣介紹到她的發(fā)明的時(shí)候——您有心愛的人嗎？您有想要安慰的人嗎？不管在世界的哪個(gè)地方、哪個(gè)角落，只要有這個(gè)心形球，就可以傳遞你的愛。

超模君欣喜若狂：“此等神奇之物，莫非就是人們常說的心靈感應(yīng)？！吾于此地對(duì)你萬般思念，汝于遠(yuǎn)方感同身受，著實(shí)是溫馨浪漫，妙哉妙哉?！?/span>

然而在1988年，美國國家科學(xué)院公布了這樣一個(gè)結(jié)論:'經(jīng)過了130年對(duì)心靈學(xué)現(xiàn)象的研究，沒有科學(xué)的證據(jù)能證實(shí)其（心靈感應(yīng)）存在。'也就是說，心靈感應(yīng)其實(shí)是一種偽科學(xué)。

那既然是不科學(xué)的東西，超模君就不講了?；氐诫娨晞∩希＞裉旖o大家講講量子糾纏的故事。同樣浪漫，更加溫馨。

首先，我們通過物理學(xué)家貝爾和他同事伯特曼的故事，來看看最原始的“糾纏”。

大物理家貝爾有一個(gè)特別奇葩的同事，他叫伯特曼。為什么說他是奇葩呢？因?yàn)樗幸粋€(gè)很奇葩的愛好——穿襪子喜歡穿不同色的。

有一天，伯特曼到實(shí)驗(yàn)室上班的時(shí)候，貝爾一眼就瞅見了他剛伸進(jìn)來的那只腳上，明晃晃的騷粉色襪子，于是對(duì)伯特曼說了這么一句話：“你另外一直腳上的襪子肯定不是粉色的?！?/span>

伯特曼很吃驚，問道：“你怎么知道的？我這只腳還沒伸進(jìn)來呢?！必悹栃Χ徽Z。

/每個(gè)男生都有一個(gè)公主夢，伯特曼也不例外/

其實(shí)道理相信大家都懂。

因?yàn)椴芈矚g穿不同顏色的襪子，所以即使他每只腳上的襪子顏色再隨機(jī)，也總是會(huì)存在著這樣的關(guān)聯(lián)——當(dāng)我們看到他一個(gè)腳上穿的是某個(gè)顏色的襪子的時(shí)候，根據(jù)伯特曼的這個(gè)特殊喜好判斷，那他另一個(gè)腳上的襪子一定不會(huì)還是這個(gè)顏色的。

也就是說，我們可以通過對(duì)一只襪子的觀察，而得到另一只襪子的信息。而兩只襪子之間存在的顏色關(guān)聯(lián)，就來源于伯特曼最初的決定。

這就是最簡單的糾纏了。

那準(zhǔn)確來講，量子糾纏到底是什么呢？先來段官方解釋：

“假定由一個(gè)在某一中心點(diǎn)自旋為零的粒子衰變產(chǎn)生兩個(gè)半自旋的粒子——我將其稱為電子和正電子（也即反電子），它們沿著相反方向做直線運(yùn)動(dòng)。由于角動(dòng)量守恒，電子和正電子的加起來的總自旋必須為零，這是因?yàn)樵戎行牧Ｗ拥慕莿?dòng)量為零。這個(gè)試驗(yàn)的含義是，當(dāng)我們?cè)谀骋粋€(gè)方向測量電子的自旋，無論我們選擇什么方向，正電子都在相反的方向上自旋！這兩個(gè)粒子可以相隔幾英里甚至一光年那么遠(yuǎn)。然而對(duì)一個(gè)粒子的測量的選擇似乎瞬息地固定了另一個(gè)粒子的自旋軸?！?/span>

是不是看著就頭疼？那在讀懂「糾纏」之前，我們先來看看什么是「自旋」（spinning）好了。

其實(shí)基本上所有的粒子，都有一種稱之為「自旋」的特性。雖然他們并不是真正意義上的旋轉(zhuǎn)，但是用旋轉(zhuǎn)來形容這種特性還是最合適不過了。

它們有角動(dòng)量（angular momentum)，而且在空間中也有特定的方向，甚至更厲害的是，我們還能測量出這種自旋的方向。

當(dāng)然，在這之前，我們得先規(guī)定好我們的測量方向。就像我們畫坐標(biāo)軸的之前，要先規(guī)定一個(gè)正方向一樣。那在這種情況下，我們的測量結(jié)果就只能有兩種。

第一種情況，粒子的自旋方向跟規(guī)定的測量方向一致，我們把它稱為上自旋。

/上自旋/

顯然，第二種情況就是當(dāng)自旋方向跟規(guī)定測量方向相反的時(shí)候。這時(shí)，我們把它稱之為下自旋。

/下自旋/

于是就會(huì)有人問，那如果粒子的自旋方向，跟我們的測量方向剛好垂直的話，那怎么辦？

怎么辦?那就看粒子自己怎么選咯。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在自旋方向和測量方向垂直的情況下，上自旋和下自旋的概率是一半一半。換句話說，粒子喜歡往哪個(gè)方向拐，它就是哪個(gè)方向。

/50%的概率是上自旋，50%的概率是下自旋/

而且有一點(diǎn)特別可愛的是，這些粒子還特別懶。一旦在這種情況下拐了彎，它們就會(huì)一直保持著這種方向繼續(xù)它的“旋轉(zhuǎn)跳躍”，而不會(huì)選擇自己再拐個(gè)彎兒回去。（跟超模君一樣懶）

通過這一點(diǎn)我們不難發(fā)現(xiàn)，其實(shí)測量是會(huì)改變粒子的自旋方向的。

但是這個(gè)時(shí)候，又有人問了：“那如果粒子的測量方向，既不平行于測量方向，又不垂直于測量方向呢？”

這種情況就更好解釋了，比如當(dāng)粒子的自旋方向跟測量方向成一個(gè)60°的夾角的時(shí)候。

很明顯，這個(gè)時(shí)候粒子的自旋方向其實(shí)跟我們測量方向已經(jīng)很接近了。在這種情況下，它既可以選擇順時(shí)針旋轉(zhuǎn)60°通過面前的障礙，也可以選擇逆時(shí)針轉(zhuǎn)120°鉆過去。

當(dāng)然，如果受到生活的壓迫，它們偶爾也得一些做出違心的選擇。比如說這個(gè)時(shí)候：

反正綜合種種原因，我們發(fā)現(xiàn)在這種情況下，粒子有75%的概率會(huì)選擇上自旋，剩下的25%會(huì)選擇下自旋。

說是這么說，但這個(gè)概率其實(shí)還是有據(jù)可依的。

/夾角一半的余弦平方公式/

然后我們回到「糾纏」這個(gè)問題上。

由愛因斯坦和他的小伙伴提出的量子糾纏，是建立在兩個(gè)粒子的基礎(chǔ)上的，而且這兩個(gè)粒子，還需要在一定的環(huán)境條件下形成。比如，從能量中自發(fā)形成。

根據(jù)角動(dòng)量的守恒定律我們能夠推出，如果一個(gè)粒子的自旋方向被測量出是上自旋的話，另外一個(gè)粒子的自旋方向不需要測量都知道應(yīng)該是下自旋，無論它們相隔多遠(yuǎn)。而前提就是，這兩邊的測量方向都要相同。

放在這里的話，意思就是，擋在這兩個(gè)小人面前的鏤空擋板的箭頭方向，必須相同。只有這樣，測出來的兩個(gè)粒子的自旋方向，才會(huì)一定是相反的。

想象一下，當(dāng)你在中國測出了其中一顆粒子的自旋方向是上自旋之后，馬上就知道另外一顆身處遙遠(yuǎn)美利堅(jiān)的粒子，它正在以一種下自旋的方式，舞動(dòng)著自己美麗的身姿。多酷！

/上自旋的謝騰飛/

但是現(xiàn)在問題來了，這兩顆粒子隔那么遠(yuǎn)，另一邊粒子總得先知道我這邊的粒子朝什么方向旋轉(zhuǎn)，才能決定自己該朝什么方向轉(zhuǎn)吧？！那它到底怎么知道的呢？

量子力學(xué)告訴我們，粒子的自旋是極其隨機(jī)的。隨機(jī)到，即使是測量的前0.0……1秒，粒子自己都不能準(zhǔn)確知道自己的自旋方向到底朝那邊。所以這兩顆粒子之間，根本就不可能存在所謂的“事先串通”。

那到底這兩個(gè)粒子之間，到底是怎么做到在這么短的時(shí)間內(nèi)互通消息的呢？莫非是真的有心靈感應(yīng)？還是說它們會(huì)一種超越光速傳遞信息的魔法？

愛因斯坦等人并不認(rèn)同這種超越光速的信號(hào)傳播方式的存在，但是他們又不得不承認(rèn)這個(gè)發(fā)現(xiàn)的神奇之處，所以最后就把它命名為“鬼魅似的遠(yuǎn)距作用”，也叫做“神鬼級(jí)的遠(yuǎn)距離相互操作作用”

那既然不可能有這種超過光速的信號(hào)傳播，那么說這兩個(gè)粒子在觀測前是“隨機(jī)且不確定的存在”顯然是說不過去的。所以，愛因斯坦并不同意量子力學(xué)中，粒子的自旋是隨機(jī)的這種說法。

他們認(rèn)為，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的唯一的可能就是，這兩個(gè)粒子從分離的一剎那開始，自旋狀態(tài)就已經(jīng)確定了。而后來人們所謂的測量，只不過是得到了這種狀態(tài)的信息而已。

那種說粒子在測量之后才知道其自旋方向的說法，很明顯就違背了相對(duì)論的原理，因?yàn)檫@里面分明就涉及到了信息的瞬間傳播。從這一點(diǎn)上看，量子力學(xué)肯定是有毛??！(超模君給您發(fā)送了666)

愛因斯坦的言論一出，馬上引起了大量擁護(hù)量子力學(xué)的物理學(xué)家的強(qiáng)烈反對(duì)。這些人通過大量的實(shí)驗(yàn)向愛因斯坦一行人證明，量子力學(xué)是正確的。而愛因斯坦和他的小伙伴發(fā)起的這場詰難，也被人命名為“EPR佯謬”。

雖然，量子糾纏的不確定性和超距作用實(shí)在是神奇得讓人難以理解，但是可以肯定的是，在這種復(fù)雜的糾纏中，想必一定會(huì)存在著前所未有的新資源。而這種資源，一旦被發(fā)掘出來，肯定會(huì)打造出量子信息發(fā)展進(jìn)程中的一座新的里程碑。

本文系網(wǎng)易新聞·網(wǎng)易號(hào)“各有態(tài)度”特色內(nèi)容

部分截圖來源于優(yōu)酷視頻《新來試試這些！量子糾纏幽靈行動(dòng)在一定距離內(nèi)》