1935年,艾拔·愛因斯坦、鮑利斯·普度斯基和內森·羅森發表了一篇概念論文,愛因斯坦稱之為「遠距離的幽靈般的行動」。這就是最神秘的自然現象之一「量子纏結」。當時愛因斯坦不相信兩個粒子可以在很遠的距離上保持相互連線。因為這樣做將要求他們以比光速更快的速度進行通訊,這被證明的不可能的。
用最簡單的描述來說,「量子纏結」就是處於纏結狀態的一對粒子,其中一個粒子的狀態取決於另一個粒子的狀態,無論它們相距多遠或它們之間有什麽,這些粒子可以是電子或光子。
這聽起有點太理論化了。舉個直觀、易懂的例子-著名的「吉姆雙胞胎」在 1940 年代出生後不久就分開了,盡管他們在完全不同的家庭中長大,但似乎過著平行的生活。當他們在 39 歲時重聚時,他們發現他們的生活故事之間有許多相似之處,包括他們的兒子、妻子和童年寵物的名字,以及他們對雪佛蘭汽車、木工等的偏好。他們倆就像是一對處於纏結的粒子,雖然他倆相隔萬裏,但他們的生活經歷卻極其相似,其中一人的經歷,也在影響著另外一位。
今天,實驗工作毫無疑問地表明「量子纏結」是真實的。量子纏結的奇怪之處在於,當你測量纏結對中一個粒子的某些東西時,你會立即知道另一個粒子的一些資訊,即使它們相距數百萬光年。這兩個粒子之間的這種奇怪的聯系是瞬間的,似乎打破了宇宙的基本定律。
要真正理解量子纏結的詭異性,我們還要了解「量子疊加」。根據量子力學,粒子在被觀察到之前會同時處於兩種或多種狀態。著名的「薛定諤的貓」生動、形象地向我們展現了這一現象-即一只同時死去和活著的貓。說的是一只裝在盒子裏的貓,在盒子沒有開啟前,貓具有生和死兩種疊加的狀態。只有開啟盒子時,才知道貓具有生和死哪種狀態。
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量子疊加是粒子同時以多種狀態存在,只有當進行測量時,粒子就選擇了疊加態中的一種狀態。例如,許多粒子都具有自旋的內容,「向上」或「向下」。在你測量一個粒子的自旋之前,它同時存在於自旋上升和自旋下降的疊加中。每個狀態都有一個概率。只有當測量發生時,自旋的量子態才會「塌縮」為向上或向下——瞬間另一個粒子將會塌縮成相反的自旋。這似乎表明粒子透過某種比光速更快的方式相互交流。但根據物理定律,這是不可能得,因為沒有什麽能比光速更快。