——先说微观量子世界的基本概念。 　　

　　文/陈思进 　　

　　上一篇文章《说说微观量子世界的基本概念》 (《科普时报》，03版，2018 . 05 . 11)试图用最简单的语言介绍量子叠加态。接下来，本文要讲的是量子力学中的另一个现象，这是科学中最奇怪的现象——上帝效应——量子纠缠。 　　

　　1935年，爱因斯坦、博士后罗森博士和研究员波多尔斯基发表了一篇名为《EPR》(以三个名字的首字母命名，这也是后来著名的“EPR悖论”的来源)的论文，试图通过一个思想实验来讨论量子力学的不完全性。 　　

　　薛定谔看了EPR论文后，用德语给爱因斯坦写了一封信，信中他第一次使用了Verschrnkung这个术语，然后自己翻译成了量子纠缠。很快，量子纠缠这个词就传开了。 　　

　　量子纠缠最初来源于量子力学的预言方程，意思是两个粒子相互靠近时可以相互纠缠。最神奇的是，即使他们分开了，而且无论相隔多远，他们似乎仍然纠缠在一起，形影不离。 　　

　　为了理解这种现象有多奇怪，我们先从电子的一个特征说起——自旋。 　　

　　看到“旋转”这个词，很多读者可能会想到花样滑冰运动员旋转的动作。当然是不一样的。如果是一样的，就不奇怪了。 　　

　　就像上面提到的量子不确定性，电子的自旋等量子性质，在被测量之前，它们的状态一般都是模糊不确定的。但是一旦你观察它(或者被观察过)，你会发现它要么顺时针旋转，要么逆时针旋转，就像赌场里的轮盘，最后随机指向一个区间。 　　

　　以上面量子世界的酒吧为例。 　　

　　假设量子棒中有两个相同的旋转轮盘，它们被分成相同数量和面积的红蓝两段。指针转动时，最终会随机指向红色或蓝色。现在，让我们假设量子棒中的两个轮盘的行为就像两个纠缠的电子。然后，每当一个轮子的指针停在红色区域，另一个轮子的指针就会停在蓝色区域，反之亦然。 　　

　　既然两个轮盘赌的轮子是不相连的，这种现象如果在宏观世界，真的是不可思议，只有会魔法的人才能做到这一点。但是，在量子世界里，实验证明是这样的。 　　

　　更何况，即使两个轮盘相距甚远，即使一个轮盘移动到月球，也没有什么可以把它们连接起来，只要一个轮盘指向红色，那么另一个轮盘指向蓝色。 　　

　　换句话说，如果你测量(或观察)两个纠缠粒子中的一个，你不仅会影响这个粒子，还会影响它的纠缠伙伴，无论两个粒子相距多远，结果都是一样的。 　　

　　对于轮子和粒子之间这种奇怪的远距离关联，别说对普通读者来说太可笑了。就连最伟大的物理学家、相对论的创始人、量子力学的创始人之一爱因斯坦也是第一次听到这种现象，他的第一反应是“超距鬼效应”。潜台词就是：不可能！ 　　

　　爱因斯坦认为，这只是一个从数学上看起来很奇怪的东西，应该有更简单的解释来说明它们是如何联系在一起的，而根本不是一种神秘的“距离关系”。他说，纠缠在一起的粒子实际上就像一副手套。想象一下，有人把这两只手套分开，放在两个箱子里，然后有人给我带来一个箱子，把另一个箱子送到南极。 　　

　　在我打开盒子之前，我就知道要么是左手手套，要么是右手手套。我一打开盒子，如果发现里面有左手手套，那么同时，我就会知道南极的盒子里一定有右手手套，虽然没有人打开盒子往里面看。这件事一点都不神秘。显然，当我看清这个盒子里的东西时，它不会影响任何手套。这个盒子里一直装着左手手套，南极的盒子里一直装着右手手套。从两只手套分开包装的那一刻起，就决定了结果。 　　

　　爱因斯坦认为这副手套的例子也适用于纠缠粒子，即无论电子的构型是什么，都必须在它们分离的那一刻决定。也就是说，根本不存在量子纠缠。 　　

　　爱因斯坦于1955年去世。他生前仍然认为，整个量子力学充其量只能提供对现实世界的不完整描述，更不用说量子纠缠了。 　　

　　然而，尽管爱因斯坦反对，哥本哈根学派仍然坚持认为，对于纠缠量子，只要你测量(或观察)其中一个粒子，就会影响另一个粒子的状态，改变它的状态。虽然彼此没有什么联系，也没有办法联系，但是一方的选择可以影响另一方。虽然这听起来比较奇怪，但这是客观现实。 　　

　　这个问题又过了12年仍未解决(在此期间，1962年11月18日，与爱因斯坦在量子力学问题上争执了几十年的哥本哈根学派代表物理学家玻尔也去世了)。转眼间，1967年，一位即将获得哥伦比亚大学天体物理学博士学位的新手物理学家约翰克劳斯(John krause)接过了爱因斯坦挑战量子力学的使命。他要用事实(物理实验)证明量子纠缠是错误的。 　　

　　物理新手有可能挑战成功吗？篇幅有限，下面详细讨论一下。