量子世界的奇妙探索
量子世界的诡秘总是让人感到惊讶，超光速现象的普遍存在完全打破了人类固有的宇宙观。在量子领域的边缘，物理学家们曾困惑于宇宙基本假设的有效性，最终他们不得不接受，观测行为才是决定宇宙真实状态的关键。在婴儿的眼睛里，世界如梦幻般奇妙，他们兴奋地发现，当某件事情被遮挡时，好像那物体就从宇宙中蒸发了，与世无争，仿佛是凭空出现、凭空消失，给他们带来无穷乐趣，尽管成人对此却早已习以为常。随着孩子们逐渐成长，他们慢慢认识到物体是不会无缘无故消失的。这个关于物体持久存在的概念已经扎根于科学界，几乎不需要再多加解释。宇宙在我们的视野之外依然存在，是物理学中一项基本的假设，几乎所有的科学理论都认为宇宙是独立于观察者的存在。这一观点在物理学上称为实在论。
量子力学的奇异之处让一些科学家开始怀疑是否应当放弃这一传统假设。这个问题成为量子力学诞生初期的重要争论之一。尼尔斯·玻尔坚定认为，赋予宇宙现实的意义在于观察行为本身。如果没有观测，量子系统只能存在于一种模糊的叠加状态，也就是所有可能属性的混合。波函数是描述这种叠加状态的唯一方式，只有通过测量，宇宙才能显现出确切状态。这种宇宙有时存在、有时缺失的特性，正是玻尔的哥本哈根解释的核心观点。相对而言，阿尔伯特·爱因斯坦坚定不移认为现实是客观存在的，不会受到观察行为的影响。他坚信波函数及量子力学自身是不完整的，存在某种隐变量，代表着更加实质的真实。为了反对玻尔的观点，爱因斯坦与波多尔斯基、罗森共同设计了一个量子实验，以说明如果放弃实在论，则必须也抛弃另一个基本概念：定域性。
定域性认为宇宙中的每个点仅能与附近点产生作用，这为相对论奠定了基础。它限制了因果关系的传播速度，使其不超过光速。EPR悖论，即爱因斯坦-波多尔斯基-罗森悖论，引进了量子力学中神秘的量子纠缠概念。当两个粒子短暂相互作用后，它们会相互影响，形成统一的波函数，其中包含了两个粒子的所有可能状态。根据哥本哈根解释，对纠缠对中的任一粒子进行的测量，会导致整个波函数的坍缩，从而影响另一个粒子的测量结果。这种影响在理论上可以瞬间跨越任何距离，甚至可以逆时间而行。这不仅违反了定域性，也可能撼动因果律，爱因斯坦等人认为这一观点过于荒谬。他们坚信每个宇宙点应有其真实而确定的存在，其影响不会超出光速。
那段时间，玻尔与爱因斯坦之间的激烈辩论带有浓厚的哲学色彩。直到1964年，爱尔兰物理学家约翰·斯图尔特·贝尔提出了一个实验，意在解决这些争论。他利用纠缠的电子和正电子对进行实验，这两个粒子同时由一个光子产生，总是自旋方向相反。在测量之前，我们无法确切知道粒子的自旋方向，只能确认它们必然相反，因此它们的波函数是纠缠的。对一个粒子自旋的测量能揭示出另一个粒子的自旋，无论两者距离多远。在量子力学中，测量行为将改变被测量对象。以量子自旋为例，测量影响极为独特，我们通过转轴定义自旋方向，而测量时必须选择一个方向放置测量仪器。我们会发现，被测量的量子总是与我们选择的方向对齐，若选择垂直方向进行测量，自旋方向可能是上或下；若选择水平测量，自旋则可能是左或右。测量仿佛迫使被测量粒子的自旋与测量方向保持一致。
但纠缠粒子的自旋方向是如何相互影响的呢？这一答案可能正是解决玻尔与爱因斯坦争论的关键。若爱因斯坦是对的，那么每个粒子在任意时刻的自旋测量结果，在产生时就是作为隐变量独自存在，此时我们对其中一个粒子的操作不会影响另一个粒子。随后再测量两粒子的自旋，结果将有联系，它们曾相互作用过，但与我们选择的测量方向无关。反之，若玻尔是对的，那么在产生和被测量之间，粒子只以包含所有可能状态的波函数形式存在。对一个粒子的自旋测量会使整个波函数坍缩为固定值，两个粒子在我们的测量方向上表现为相反的自旋，这暗示前一个粒子的测量方向与后测量的粒子的实测旋转方向存在一定关联。
约翰·斯图尔特·贝尔为此提出了一系列可观测的结果，即贝尔不等式，旨在证明爱因斯坦的理论或者要求量子力学需要引入定域隐变量。若一个纠缠实验违反贝尔不等式，定域实在论也将被打破。这类实验实施极具挑战，因为纠缠态的产生和保持都极不稳定，任何轻微的影响都可能破坏其状态。但在上世纪80年代，法国物理学家阿兰·阿佩斯取得了突破，他的实验对象不是自旋纠缠的电子和正电子，而是偏振纠缠的光子对。偏振即光子电磁场的指向，其原理与自旋纠缠相似。阿佩斯的实验表明，对一个光子选择的偏振测量方向与其纠缠对象最终检测到的偏振方向存在关联，此实验成功违反了贝尔不等式！该实验甚至设计成使纠缠光子之间的作用以超光速传播，这意味着最基本的速度都超过光速。随后，许多实验在不断扩大的范围内验证了这一现象，科学家们甚至在数公里的距离内观测到这种瞬时影响。
如今，贝尔不等式的违背已成为铁一般的事实，这暗示着量子力学中的波函数不存在局域隐藏变量。这是否意味着哥本哈根解释得到了证实，同时又否定了局域性和实在性的结合？我们是否真的处在一个奇异的宇宙中，当我们转移视线时，所有事物便融化在量子的无常中？尽管关于纠缠的实验结果看似对局域实在性提出了质疑，或许只是挑战了局域性或实在性其中之一。贝尔坚信，贝尔不等式的违背仅是否定了局域性，实在性仍旧稳固。非局域性暗示着纠缠粒子间存在瞬时的相互作用，这对于任何信奉相对论的人来说简直是异端。然而，令人惊讶的是，非局域性与相对论竟能够和谐共存。相对论坚持因果关系，认为信息无法以超过光速的速度传播。然而在那些纠缠实验中，并没有提供任何途径使信息在粒子之间转移。只有在完成测量、比较各自的测量结果时，纠缠粒子间的作用才变得显露，宇宙似乎巧妙地避免了信息超光速传递或时间倒流的谬论。哥本哈根解释依旧与各项量子力学观测结果相符，玻尔所描述的宇宙或许就是我们所栖息的真实世界。
视野所及，若我们抛弃局域性，那么谈论隐变量并非不可。例如，或许纠缠的粒子通过爱因斯坦-罗森桥（也称虫洞）相互关联，虫洞允许超光速的即刻作用。还有一种解释无需牺牲实在性与局域性，即多元宇宙的说法，对那些热衷于量子世界的人而言，定然不陌生。科学探讨的旅程绝不该就此终止，量子世界的奇迹仍在不断揭示中。
