量子力學(xué)作為物理上的前沿理論，一直被人們津津樂道，甚至有人把它當(dāng)做噱頭來招搖撞騙。

量子力學(xué)Quantum Mechanics，為物理學(xué)理論，是研究物質(zhì)世界微觀粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律的物理學(xué)分支，主要研究原子、分子、凝聚態(tài)物質(zhì)，以及原子核和基本粒子的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的基礎(chǔ)理論。

比如說近年被曝出來的量子波動(dòng)速讀，就騙孩子家長說，書和人的大腦會(huì)有量子糾纏，所以根本不用老老實(shí)實(shí)看，只要快速翻書，這些知識(shí)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入大腦里面。

甚至有些人言之鑿鑿，說量子糾纏其實(shí)就是心靈感應(yīng)，這也證明了靈魂的存在。甚至有些不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目破瘴恼乱舱f，利用量子糾纏原理，人類就可以實(shí)現(xiàn)瞬間移動(dòng)。

Tips：當(dāng)幾個(gè)粒子在相互作用后，由于各個(gè)粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質(zhì)，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)，這現(xiàn)象為量子糾纏quantum entanglement。

這些奇奇怪怪的言論中，都圍繞著一個(gè)神秘的物理名詞，“量子糾纏”。這到底是什么樣的現(xiàn)象？為什么會(huì)被人吹得那么玄乎呢？這期視頻我們就來好好講講。

什么是量子糾纏？

想要說清楚量子糾纏，我們需要先解釋一個(gè)概念，也就是不確定性原理。它由物理學(xué)家海森堡于1927年提出，也被我們叫做測不準(zhǔn)原理。

Tips：不確定性原理，是指你不可能同時(shí)知道一個(gè)粒子的位置和它的速度，這表明微觀世界的粒子行為與宏觀物質(zhì)很不一樣。

這在宏觀之中簡直是違反常識(shí)的存在。觀察一輛在馬路上行駛的汽車，你可以非常輕松地測出它在瞬間的位置和速度。比如說用雷達(dá)裝置，通過雷達(dá)波反射回來的時(shí)間，你就可以確定汽車距離你有多遠(yuǎn)，只要再測一次，就可以知道它行駛的方向和速度。哪怕用肉眼觀察，也就是用光來觀測，我們依舊可以得到結(jié)果。

但是，當(dāng)我們把視角放到微觀層面的時(shí)候，我們卻再也沒有辦法精確的測量和預(yù)言它接下來的運(yùn)動(dòng)軌跡了。這是為什么呢？

Tips：粒子particle，是指能夠以自由狀態(tài)存在的最小物質(zhì)組成部分。最早發(fā)現(xiàn)的粒子是原子、電子和質(zhì)子，1932年又發(fā)現(xiàn)中子。它們比起原子來是更為基本的物質(zhì)組分，于是稱之為基本粒子。

想要觀察和測量任何東西，我們只能通過間接的手段。比如說想看到一樣?xùn)|西，你必須有光照在它的上面，再反射回來被我們看見。想研究一個(gè)東西是帶正電還是帶負(fù)電的，我們就需要用到磁場，觀察它在磁場中的運(yùn)動(dòng)方向。這在宏觀世界中沒什么問題，因?yàn)樗鼈冇执笥种?，光不可能把汽車怎么樣?/p>

但是在微觀世界中，粒子卻會(huì)被光撞得到處亂竄。這會(huì)導(dǎo)致一個(gè)現(xiàn)象，就是當(dāng)你想要精確測量一個(gè)粒子的位置時(shí)，你需要用波長短的光波，這樣光反射的范圍小，可以測出比較精確的量。但因?yàn)楣獾牟ㄩL短，所以施加在粒子上的力不均勻，導(dǎo)致它的運(yùn)動(dòng)被擾動(dòng)的可能更大，你便無法同時(shí)測量出這個(gè)粒子的速度。

Tips：激光測距儀Laser rangefinder，是利用調(diào)制激光的某個(gè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的距離測量的儀器。激光測距儀測量范圍為3.5~5000米。

如果你想精確測量粒子的速度，就需要波長長的光波，這樣可以在不擾動(dòng)的情況下判斷出它的運(yùn)動(dòng)軌跡，但是同時(shí)，因?yàn)椴ㄩL長，它的精確位置就會(huì)出現(xiàn)誤差。結(jié)果就是，在測量一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，你永遠(yuǎn)不知道它究竟是在誤差范圍內(nèi)的何處，做著這樣的運(yùn)動(dòng)。

于是，我們描述量子世界中的粒子，只能用一個(gè)不確定的概率來表述，這個(gè)概率被我們叫做波函數(shù)。當(dāng)我們想要去測量它真正的位置時(shí)，這個(gè)波函數(shù)便會(huì)塌縮，變成一個(gè)精確的值。

Tips：波函數(shù)其實(shí)是量子力學(xué)中的一個(gè)假設(shè)，是量子力學(xué)中最為基礎(chǔ)的概念，貫穿于整個(gè)量子力學(xué)的始終。波函數(shù)的含義主要包括兩點(diǎn)：有限性和離散性。

這些聽起來似乎沒有什么問題，因?yàn)楸緛砭蜏y不準(zhǔn)，所以用概率表述粒子的位置有何不可呢？但是，這樣表述世界其實(shí)特別怪異。就好比，我們不去看一個(gè)東西的時(shí)候，它存在的狀態(tài)就是純概率性的，他可能在左邊也可能在右邊。只有你去觀測了，這個(gè)概率才會(huì)變成一個(gè)確定的值。也就是說，一個(gè)粒子的狀態(tài)，取決于我們到底有沒有在看它。

你能想象，當(dāng)你不看月亮的時(shí)候，它其實(shí)是在天空中不停地反復(fù)橫跳嗎？不！你當(dāng)然無法接受，一些學(xué)者也不愿意用概率去表述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)。粒子不可能是飄忽不定的，只是因?yàn)槲覀儨y量的技術(shù)不到位罷了。

Tips：薛定諤的貓是一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)，試圖從宏觀角度闡述微觀世界中量子疊加原理的問題，把微觀物質(zhì)在觀測后是粒子還是波的存在形式和宏觀的貓聯(lián)系起來，求證觀測介入時(shí)量子的存在形式。

其中最著名的就是薛定諤提出的思想實(shí)驗(yàn)，薛定諤的貓。如果說測不準(zhǔn)原理是正確的，那么我們把一只貓和隨時(shí)都有可能觸發(fā)的致命裝置關(guān)在一個(gè)箱子里，那么這只貓就處于生死疊加態(tài)之中，既生又死。只有你打開盒子去看它，它才有可能是死的或者活的。

盡管有這樣的反對(duì)，部分學(xué)者依舊堅(jiān)持測不準(zhǔn)原理，認(rèn)為這就是事實(shí)。這便是哥本哈根學(xué)派，他們就愿意這么承認(rèn)，薛定諤的貓?jiān)诤凶永锞褪翘幱谏蜡B加態(tài)，是人的觀測導(dǎo)致了波函數(shù)的塌縮。當(dāng)然，這不是因?yàn)樗麄兙褪窍矚g睜著眼睛說瞎話，而是因?yàn)?span style="box-sizing: border-box;font-weight: 700;border-width: 0px;border-style: initial;border-color: initial;">這些學(xué)者認(rèn)為，微觀粒子的本質(zhì)，其實(shí)是不停震動(dòng)的能量弦。

Tips：弦理論，是理論物理的一個(gè)分支學(xué)科。弦論的一個(gè)基本觀點(diǎn)是，自然界的基本單元不是電子、光子、中微子和夸克之類的點(diǎn)狀粒子，而是很小很小的線狀的“弦”。

這些能量弦震動(dòng)的頻率不同，因此有的構(gòu)成了電子，有的構(gòu)成了夸克，有的構(gòu)成了光子等等。所以測不準(zhǔn)原則并不是我們的測量技術(shù)太差，而是因?yàn)槲⒂^粒子本身就是波，本來就測不準(zhǔn)。這，就是弦理論。如果單從這個(gè)方面來看的話，弦理論好像只是把測不準(zhǔn)原理當(dāng)做事實(shí)，繼而引申出來的怪異理論。

但是，這個(gè)學(xué)說既無法推翻，還比愛因斯坦的相對(duì)論，更適合解釋量子物理。甚至有可能完成愛因斯坦的畢生夢想，也就是把微觀粒子中存在四種相互作用力，統(tǒng)一起來完成大一統(tǒng)理論。這個(gè)大一統(tǒng)理論如果完成，將會(huì)是人類探索物質(zhì)世界本質(zhì)的終極理論，是物理學(xué)界人人垂涎的圣杯。

Tips：引力相互作用，電磁相互作用，強(qiáng)相互作用，弱相互作用這四種相互作用被稱作自然界的基本相互作用力。

因此，哥本哈根學(xué)派，反而有很多人支持。

不過，愛因斯坦這類堅(jiān)決反對(duì)測不準(zhǔn)原理的學(xué)者絕對(duì)不會(huì)善罷甘休，于是，他們把目光放在了哥本哈根學(xué)派難以解釋的一個(gè)現(xiàn)象上，也就是量子糾纏。1935年，愛因斯坦、波多爾斯基和羅森聯(lián)合發(fā)表論文《物理實(shí)在的量子力學(xué)描述能否認(rèn)為是完備的？》。在這篇論文里，他們設(shè)計(jì)了一個(gè)思想實(shí)驗(yàn)。

在微觀世界中，一些粒子在相互作用之后，就會(huì)出現(xiàn)于“糾纏現(xiàn)象”。比如說某物質(zhì)衰變放出一個(gè)電子和正電子，因?yàn)樵臼菑囊粋€(gè)系統(tǒng)中分離出來的，所以它們之間的運(yùn)動(dòng)方向是相反的，合力為零。但具體誰向左自旋誰向右自旋，在觀測前誰也不知道。

物理學(xué)家將鐿-171原子云與從周圍鏡子反射的光子流連接在一起，并測量了它們微小擺動(dòng)的時(shí)間。結(jié)果表明，以這種方式糾纏原子能加快原子核鐘的計(jì)時(shí)過程，比以往任何時(shí)候都更精確。

在愛因斯坦的解釋中，這種現(xiàn)象就像把一副手套放進(jìn)兩個(gè)盒子里，左手和右手一開始就是確定的。只要你打開一個(gè)盒子，看見手套是左手的，那么另一個(gè)盒子里一定是右手的。

但這件事讓哥本哈根學(xué)派解釋起來，就有點(diǎn)詭異了。按照他們的理論，在我們觀測之前，盒子里的兩只手套處于疊加態(tài)之中，也就是在左手和右手間反復(fù)橫跳。當(dāng)我們打開一個(gè)盒子，被觀測的手套波函數(shù)塌縮，變成了一只左手或者右手手套。結(jié)果，這只被觀測的手套，用某種神秘的方式通知了另一只盒子的手套：嘿！我是左手了，你應(yīng)該變成右手！

Tips：波函數(shù)坍縮指的是某些量子力學(xué)體系與外界發(fā)生某些作用后波函數(shù)發(fā)生突變，變?yōu)槠渲幸粋€(gè)本征態(tài)或有限個(gè)具有相同本征值的本征態(tài)的線性組合的現(xiàn)象。

那么問題來了，這兩只盒子里的手套，是怎么相互串通的呢？

這個(gè)神秘的串通方式，被學(xué)者叫做“超距作用”，因?yàn)樗耆珶o視所有物理法則，甚至可以超越光速。而在愛因斯坦的相對(duì)論中，光速是任何物體速度的極限，并不存在可以超越光速傳遞信息的東西。所以哥本哈根學(xué)派完全是錯(cuò)誤的。

Tips：相對(duì)論是關(guān)于時(shí)空和引力的理論，主要由愛因斯坦創(chuàng)立，依其研究對(duì)象的不同可分為狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論。相對(duì)論和量子力學(xué)的提出共同奠定了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。

這下尷尬了。要么哥本哈根學(xué)派是錯(cuò)的，要么愛因斯坦的相對(duì)論是錯(cuò)的。兩派唇槍舌戰(zhàn)，但誰也不能說服誰。愛因斯坦堅(jiān)決認(rèn)為微觀粒子是確定的，根本沒有隨機(jī)和概率。而波爾認(rèn)為這個(gè)思想實(shí)驗(yàn)根本站不住腳，在裝上盒子的時(shí)候，波函數(shù)就因?yàn)檠b盒子這個(gè)動(dòng)作而塌縮了。

Tips：1921年，在著名量子物理學(xué)家玻爾的倡議下成立了哥本哈根大學(xué)理論物理學(xué)研究所,由此建立了哥本哈根學(xué)派。該學(xué)派在創(chuàng)始人玻爾的帶領(lǐng)下對(duì)量子物理學(xué)有著深入廣泛的研究。

這個(gè)爭論一直持續(xù)到愛因斯坦死后，到了1964 年，約翰·貝爾終于為實(shí)驗(yàn)學(xué)家們提供了一種可行的量子力學(xué)檢驗(yàn)方法。

之后，有學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。把處于糾纏態(tài)的兩個(gè)光子發(fā)射到不同的地方，并且在同一時(shí)間用偏振鏡檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這對(duì)糾纏態(tài)的光子，確實(shí)在相互串通，而且速度超越光速。這種現(xiàn)象，被學(xué)者稱為超距作用。

Tips：超距作用action at a distance，在物理學(xué)里，指的是分別處于空間兩個(gè)不毗連區(qū)域的兩個(gè)物體彼此之間的非局域相互作用。

為了讓測試完全脫離人的觀測影響，用隨機(jī)的方式驗(yàn)證，科學(xué)家嘗試了非常多的方法。比如在2016 年 11 月 30 日，學(xué)者研制了一個(gè)小游戲，讓大約10萬名玩家在游戲中生成了近 1 億個(gè)隨機(jī)數(shù)字，這些數(shù)字被傳給了全球各地的 13 個(gè)不同版本的貝爾實(shí)驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)。結(jié)果都證明量子力學(xué)是正確的。

到最后，學(xué)者甚至直接觀測遙遠(yuǎn)星系恒星發(fā)射的光，把它們處理成隨機(jī)信號(hào)對(duì)量子糾纏進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這個(gè)超距作用，速度至少比光速快一萬倍！那么問題來了，相對(duì)論真的被推翻了嗎？

為什么量子糾纏比光還快？

其實(shí)，現(xiàn)在的哥本哈根學(xué)派并不認(rèn)為處于糾纏態(tài)的兩個(gè)粒子之間真的存在溝通和聯(lián)系，他們會(huì)像串通好的一樣，是因?yàn)椴ê瘮?shù)塌縮導(dǎo)致的現(xiàn)象，其中并沒有傳遞信息。所以，我們既不能用量子糾纏來傳遞信息，也無法用它瞬間移動(dòng)。所以量子糾纏當(dāng)然也無法解釋第六感、靈魂這類狗屁不通的東西。

Tips：量子通訊一般指量子通信。量子通信是利用量子疊加態(tài)和糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的新型通信方式，主要分為量子隱形傳態(tài)和量子密鑰分發(fā)兩種。

也許有人會(huì)問，既然量子糾纏其實(shí)沒有傳遞信息，那么所謂的量子通訊又是怎么回事呢？其實(shí)量子通訊并不是讓信息傳遞超光速了，而是讓信息加密，變得無法破解。

在過去，我們使用通訊衛(wèi)星傳輸信號(hào)，為了防止有人竊聽，我們會(huì)用一套密碼給信號(hào)加密，非常類似于過去的摩爾斯電碼，不過要高級(jí)一些。不過這種人工編造出來的加密方式依舊有規(guī)律可循，只要找到其中的規(guī)律，再用電腦暴力破解，哪怕是再強(qiáng)的密碼系統(tǒng)都有可能被破解。

Tips：摩爾斯密碼一般指摩爾斯電碼。摩爾斯電碼也被稱作摩斯密碼，是一種時(shí)通時(shí)斷的信號(hào)代碼，通過不同的排列順序來表達(dá)不同的英文字母、數(shù)字和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。

但是用量子糾纏態(tài)的光子來加密，生成的密碼本就完全是隨機(jī)的，在觀測之前甚至連自己都不知道密碼是什么樣子，又何談破解呢？

比如說，讓衛(wèi)星保留一些隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的粒子，地面接受者保留一些糾纏粒子。一開始，衛(wèi)星觀測這些粒子。它是左旋的時(shí)候標(biāo)記為1，右旋的時(shí)候標(biāo)記為0，就可以得到一串加密匙，之后把加密好的信息傳給接收者。接收者自己觀測粒子，也能得到密碼匙，反向解密就可以得到真正的信息。

因?yàn)檫@些糾纏態(tài)的粒子，運(yùn)動(dòng)一直都是隨機(jī)的，所以根本沒有規(guī)律可循，所以就根本沒有辦法破解了。

結(jié)語：

相信通過上面的介紹，大家已經(jīng)明白所謂量子糾纏到底是怎么回事了。量子糾纏，不過是我們觀測微觀世界時(shí)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)現(xiàn)象，它并不能證明靈魂，也沒有超越光速，推翻相對(duì)論的本事。

Tips：《奇異博士》是一部奇幻動(dòng)作電影。該片講述了神經(jīng)外科醫(yī)生史蒂芬·斯特蘭奇在一次車禍中失去了雙手的能力，最后在古一法師的幫助下讓他成為了擁有超凡魔力的奇異博士。

大家也千萬不要相信民間興起的什么量子技術(shù)，人的大腦里，就算有和外界偶合的糾纏態(tài)粒子，我們靠思想也絕對(duì)不可能改變什么，比如最近網(wǎng)絡(luò)上曝出的“熟雞蛋反生”，根本就是子虛烏有的騙局。只要真正理解這些概念背后的科學(xué)原理，你就不至于上當(dāng)受騙。