量子糾纏告訴你,你和你女朋友是不是真的有心靈感應

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《不是機器人》的韓劇，然後就開始天天給超模君餵安利，最後甚至變本加厲，直接拉上超模君跟她一起煲劇。

然而，這對於看電視只看《走近科學》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麼是量子什麼是量子物理的情況下，利用量子糾纏原理（quantum entanglement），做出一個美其名曰「心形球」的這麼一樣東西的一個勵志且鼓舞人心的故事。

電視劇裡，當女豬腳這樣介紹到她的發明的時候——您有心愛的人嗎？您有想要安慰的人嗎？不管在世界的哪個地方、哪個角落，只要有這個心形球，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？！吾於此地對你萬般思念，汝於遠方感同身受，著實是溫馨浪漫，妙哉妙哉。」

然而在1988年，美國國家科學院公布了這樣一個結論:"經過了130年對心靈學現象的研究，沒有科學的證據能證實其（心靈感應）存在。"也就是說，心靈感應其實是一種偽科學。

那既然是不科學的東西，超模君就不講了。回到電視劇上，超模君今天給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特別奇葩的同事，他叫伯特曼。為什麼說他是奇葩呢？因為他有一個很奇葩的愛好——穿襪子喜歡穿不同色的。

有一天，伯特曼到實驗室上班的時候，貝爾一眼就瞅見了他剛伸進來的那隻腳上，明晃晃的騷粉色襪子，於是對伯特曼說了這麼一句話：「你另外一直腳上的襪子肯定不是粉色的。」

伯特曼很吃驚，問道：「你怎麼知道的？我這隻腳還沒伸進來呢。」貝爾笑而不語。

/每個男生都有一個公主夢，伯特曼也不例外/

其實道理相信大家都懂。

因為伯特曼喜歡穿不同顏色的襪子，所以即使他每隻腳上的襪子顏色再隨機，也總是會存在著這樣的關聯——當我們看到他一個腳上穿的是某個顏色的襪子的時候，根據伯特曼的這個特殊喜好判斷，那他另一個腳上的襪子一定不會還是這個顏色的。

也就是說，我們可以通過對一隻襪子的觀察，而得到另一隻襪子的信息。而兩隻襪子之間存在的顏色關聯，就來源於伯特曼最初的決定。

這就是最簡單的糾纏了。

那準確來講，量子糾纏到底是什麼呢？先來段官方解釋：

「假定由一個在某一中心點自旋為零的粒子衰變產生兩個半自旋的粒子——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動。由於角動量守恆，電子和正電子的加起來的總自旋必須為零，這是因為原先中心粒子的角動量為零。這個試驗的含義是，當我們在某一個方向測量電子的自旋，無論我們選擇什麼方向，正電子都在相反的方向上自旋！這兩個粒子可以相隔幾英裡甚至一光年那麼遠。然而對一個粒子的測量的選擇似乎瞬息地固定了另一個粒子的自旋軸。」

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

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

它們有角動量（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。

當然，在這之前，我們得先規定好我們的測量方向。就像我們畫坐標軸的之前，要先規定一個正方向一樣。那在這種情況下，我們的測量結果就只能有兩種。

第一種情況，粒子的自旋方向跟規定的測量方向一致，我們把它稱為上自旋。

/上自旋/

顯然，第二種情況就是當自旋方向跟規定測量方向相反的時候。這時，我們把它稱之為下自旋。

/下自旋/

於是就會有人問，那如果粒子的自旋方向，跟我們的測量方向剛好垂直的話，那怎麼辦？

怎麼辦?那就看粒子自己怎麼選咯。

實驗結果表明，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，粒子喜歡往哪個方向拐，它就是哪個方向。

/50%的概率是上自旋，50%的概率是下自旋/

而且有一點特別可愛的是，這些粒子還特別懶。一旦在這種情況下拐了彎，它們就會一直保持著這種方向繼續它的「旋轉跳躍」，而不會選擇自己再拐個彎兒回去。（跟超模君一樣懶）

通過這一點我們不難發現，其實測量是會改變粒子的自旋方向的。

但是這個時候，又有人問了：「那如果粒子的測量方向，既不平行於測量方向，又不垂直於測量方向呢？」

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

很明顯，這個時候粒子的自旋方向其實跟我們測量方向已經很接近了。在這種情況下，它既可以選擇順時針旋轉60°通過面前的障礙，也可以選擇逆時針轉120°鑽過去。

當然，如果受到生活的壓迫，它們偶爾也得一些做出違心的選擇。比如說這個時候：

反正綜合種種原因，我們發現在這種情況下，粒子有75%的概率會選擇上自旋，剩下的25%會選擇下自旋。

說是這麼說，但這個概率其實還是有據可依的。

/夾角一半的餘弦平方公式/

然後我們回到「糾纏」這個問題上。

由愛因斯坦和他的小夥伴提出的量子糾纏，是建立在兩個粒子的基礎上的，而且這兩個粒子，還需要在一定的環境條件下形成。比如，從能量中自發形成。

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

放在這裡的話，意思就是，擋在這兩個小人面前的鏤空擋板的箭頭方向，必須相同。只有這樣，測出來的兩個粒子的自旋方向，才會一定是相反的。

想像一下，當你在中國測出了其中一顆粒子的自旋方向是上自旋之後，馬上就知道另外一顆身處遙遠美利堅的粒子，它正在以一種下自旋的方式，舞動著自己美麗的身姿。多酷！

/上自旋的謝騰飛/

但是現在問題來了，這兩顆粒子隔那麼遠，另一邊粒子總得先知道我這邊的粒子朝什麼方向旋轉，才能決定自己該朝什麼方向轉吧？！那它到底怎麼知道的呢？

量子力學告訴我們，粒子的自旋是極其隨機的。隨機到，即使是測量的前0.0……1秒，粒子自己都不能準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」。

那到底這兩個粒子之間，到底是怎麼做到在這麼短的時間內互通消息的呢？莫非是真的有心靈感應？還是說它們會一種超越光速傳遞信息的魔法？

愛因斯坦等人並不認同這種超越光速的信號傳播方式的存在，但是他們又不得不承認這個發現的神奇之處，所以最後就把它命名為「鬼魅似的遠距作用」，也叫做「神鬼級的遠距離相互操作作用」

那既然不可能有這種超過光速的信號傳播，那麼說這兩個粒子在觀測前是「隨機且不確定的存在」顯然是說不過去的。所以，愛因斯坦並不同意量子力學中，粒子的自旋是隨機的這種說法。

他們認為，出現這種現象的唯一的可能就是，這兩個粒子從分離的一剎那開始，自旋狀態就已經確定了。而後來人們所謂的測量，只不過是得到了這種狀態的信息而已。

那種說粒子在測量之後才知道其自旋方向的說法，很明顯就違背了相對論的原理，因為這裡面分明就涉及到了信息的瞬間傳播。從這一點上看，量子力學肯定是有毛病！(超模君給您發送了666)

愛因斯坦的言論一出，馬上引起了大量擁護量子力學的物理學家的強烈反對。這些人通過大量的實驗向愛因斯坦一行人證明，量子力學是正確的。而愛因斯坦和他的小夥伴發起的這場詰難，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在是神奇得讓人難以理解，但是可以肯定的是，在這種複雜的糾纏中，想必一定會存在著前所未有的新資源。而這種資源，一旦被發掘出來，肯定會打造出量子信息發展進程中的一座新的裡程碑。

本文系網易新聞·網易號「各有態度」特色內容

部分截圖來源於優酷視頻《新來試試這些！量子糾纏幽靈行動在一定距離內》

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