http://s7/mw690/001X90HOzy6NOe9ws4u56&690: 上帝效应,科学中最奇特的现象" TITLE="量子纠缠 : 上帝效应,科学中最奇特的现象" />

什么是纠缠？它是量子粒子之间的连接，是宇宙的结构单元。一旦两个粒子发生纠缠，当一个粒子发生变化，立即在另一个粒子中反映出来，不管它们是在同一间实验室，还是相距数亿光年。这种现象及其含义看起来是如此有悖于常理，以至于爱因斯坦本人称它为“幽灵一般的”，并且认为它将导致量子论的衰落。然而，科学家们后来发现，量子纠缠——“上帝的效应”，是爱因斯坦很少犯的—但也许是最大的—错误之一。在《量子纠缠》中，资深科学作家布莱恩•克莱格描述了纠缠及其历史和应用。该书可读性强，引人入胜，全书不含公式。布莱恩•克莱格和阿米尔•艾克塞尔的书迷们以及那些对量子的各种奇异可能性感兴趣的人们，将会发现此书让人爱不释手。

作者简介

布赖恩•克莱格，拥有剑桥物理学学位，为众多杂志撰写专栏、特写和评论。作品有《无限简史》、《科学第一人：罗吉尔•培根生平》、《光年：人类为光痴迷的离奇故事》。他的作品已经被译成十种语言。他和妻子、两个孩子一起住在英格兰的威尔特郡。

目录 

序

关于艾丽斯和鲍勃的注记

第1章　纠缠的开始

第2章　量子的对决

第3章　成双成对的光

第4章　秘密的纠缠

第5章　布利什效应

第6章　虚幻的机器

第7章　镜子啊镜子

第8章　奇怪啊奇怪

注释

精选参考书目

致谢

挑战传统理性

——读布莱恩•克莱格《量子纠缠》

 

杜撰一个名词

 

“传统理性”这个词是我杜撰的。我们身边的绝大多数人，都是按照理性来思维的。一就是一，二就是二。主观是主观，客观是客观。有结果就有原因，能存在必然合理。但却有那么一小群人，突破常规，挑战“理性”。他们就是量子物理学家们。他们说，至少在量子物理学中，必须抛弃真实。存在的所有事物都是概率。又说，在量子世界里物质的状态是捉摸不定的，电子的位置可以同时在这里也在那里，原子的能级可以同时既处于激发态，又处于基态。还说，量子级别的世界运行随便怎么说都可以，但不能说是合理的。

物理学抛弃真实，世界运行不合理，对于常人来说，真不啻天外奇谈。但在量子世界中，这就是现实，就是原则。你能说量子物理学家们的思维不“理性”吗？

为了能有所区别，我就把量子物理学出现以前的理性，称为“传统理性”。量子理论的出现，是对“传统理性”的一个挑战。

 

爱因斯坦与量子理论

 

爱因斯坦是一位典型的坚持传统理性者，“上帝不掷骰子”是他的理性名言。他一直对量子理论困惑不已，并多次与其较量。

爱因斯坦无法接受量子论中的随机性，他觉得在所观察到的现象背后应该存在一个严格的因果过程。他在1924年的一封信中写道：“如果是这们的话，我宁愿做一个鞋匠或者甚至是赌场里的雇员，也不愿做一个物理学家。”1926年，他又写道：“量子力学固然是壮丽的。我内心却有个声音告诉我，它还算不上是真实的……无论如何，我都深信上帝一定不是在掷骰子。”

量子理论认为，存在的所有事物都是概率。爱因斯坦则深信，在概率背后的某处存在真实。玻尔是量子力学的有力支持者，从1920年代到1930年代的10余年间，爱因斯坦与其反复辩论，总是铩羽而归。

1944年，爱因斯坦还这样写道：“我相信客观存在的世界中的完整规律和秩序，我以狂热的推理方式，努力想抓住这些规律和秩序。我坚定地相信，相比我曾经命中注定发现的，有人会发现一种更实际的方式或更有形的基础。甚至量子论伟大的初步成功也无法使我相信这个基本的博弈。”

1952年，就在去世的前三年，他仍在痛斥量子论：“这种理论提醒我，这是一个极度聪明的妄想狂的妄想系统，编造了不连贯的思想要素。”

但在这个问题上，大多数物理学家都站在了爱因斯坦的对立面，在20世纪60年代至90年代之间，每个撰写关于EPS和贝尔文章的人都采取了同样的立场：整个世界都认为，爱因斯坦是错的，玻尔是对的。

传统理性与量子理论的对决，以量子理论取胜而告终。

 

神奇的“量子纠缠”

 

“量子纠缠”是指两个粒子不论间距离多远，一个粒子的变化都会影响另一个粒子的现象。两颗以相反方向等速运动的纠缠态电子，一颗行至太阳边，一颗行至冥王星，当其中一颗被操作（例如量子测量）而状态发生变化时，另一颗也会即刻发生相应的状态变化。即使这些纠缠的粒子后来被分开到宇宙相反的两端，它们仍然保持着这种奇怪的关联。两个纠缠的光子可以在一个地方神秘消失，瞬间又在另一个地方神秘出现。

纠缠态还可以存在于多个粒子之间。进入21世纪以后，美国、中国、奥地利等国的量子物理学家都实现了多个粒子的纠缠态。2002年底，丹麦奥尔胡斯大学的尤金•玻尔齐克及其小组甚至设法纠缠了两团铯云，每团云包括数十亿原子。

纠缠为远距离的两个粒子建立了亲密的连接，这种不合常规的能力不仅让我们普通人觉得不可思议，许多物理学家也一样困惑不解。爱因斯坦将这种不受空间阻隔不通过任何东西连接发生作用的能力称为“如幽灵一般的可怕的远距效应”。

杜克大学的理论家伯恩特•米勒认为，量子世界具有看不见的另一个维数，通过这个维数，表面上看起来在空间上隔开的物体可以进行相互作用，就好像它们并排在一起一样。其他人则认为对于相互纠缠的粒子来说，空间距离是无形的——实际上可以说是不存在的。本书作者说，将纠缠想像成回避空间概念的某种事物，而不是某种跨越任何距离通信的事物，也许更有帮助。

 

“量子纠缠”的应用

 

这些特殊的量子纠缠态，提供了量子并行计算的可能。一个40位元的量子计算机，能解开1024位元的电子计算机花上数十年解决的问题。迄今为止，世界上还没有真正意义上的量子计算机。但是，世界各地的许多实验室正在以巨大的热情追寻着这个梦想。

英国物理学家戴维•多伊奇设想制造一台具有自我意识的计算机，这个计算机能够观察自己的状态，并评论自己的“感觉”。在更普通的量子论诠释中，具有自我意识的计算机将只知道一次测定的结果，但在多元宇宙中，所有结果都将会发生。多伊奇是“多世界”诠释的主要支持者，他相信计算机将了解每一个结果。他解释道：“计算机试图观察的是它自己的大脑不同状态之间的干扰现象。换句话说，在互相作用的不同宇宙中，它试图观察头脑中不同内部状态的效应。”这种量子计算机也许最终会成为第一个与人脑竞争甚至打败人脑的机器。

有些物理学家认为，纠缠使得从一个地方向另一个地方传输粒子成为可能，还可以不通过两个地方之间的空间来传输物体。塞林格说：“只要重新出现在某一遥远地点，隐形传送的梦想能够成真。采用经典物理学中通过测定来确定的属性，可以对隐形传送的物体的特征进行全面描述。要在远处复制那个物体，人们不需要原来物体的零部件——需要的只是发送扫描的信息，这样，就可以利用这些信息重新构建那个物体。”

　　作者想像，可以通过发送器发送一个人，你能以光速穿越世界。这可够吸引人的！但要进行这种隐形传送，你体内的每个原子将失去其量子唯一性。它涉及的简直就是完全分解。不错，结果将完美地复制你所有的记忆和性格——不过，作者问道：那还是你吗？如果你相信灵魂的存在，你的灵魂会怎样转移到新的躯体内呢？如果——正如许多科学家一样——你认为你的心灵只不过是肉体的一种机能，那么，对你来说，你的心灵存在完全相同的复制是否就足够了呢？“你”是什么？构成你的意识是什么？

初看起来，隐形传送是纠缠潜在应用的最极端情况——但是，作者指出，它只是刚刚开始。有些科学家已经将纠缠与心灵感应、粒子质量的来源以及甚至与生命本身联系起来。且让我们拭目以待。

                                               2012－3

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