第三章 五、量子纠缠
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明白了前面这几节关于量子的特性,量子纠缠就很好理解了。这个被誉为“本世纪最大的难题”的神奇的物理现象,让众多科学家对此痴迷不已。
量子纠缠(Quantum entanglement),由爱因斯坦等人提出,描述了两个或多个互相纠缠的粒子之间的一种“神秘”的关联:对于一个系统中的量子,当对其中任何一个量子进行测量,其状态的改变都会即时影响到系统中其它的量子状态,导致其它量子状态随之发生相应的改变。换句话说,处于纠缠状态的两个粒子即使各自相隔距离很遥远,之间也没有任何介质,但是其中一个粒子的行为将会影响到另一个粒子的状态,假设其中的一个粒子被操作而自身的状态发生变化,另外一个粒子也会迅速发生相应的变化。
如果纠缠带来的关联性是存在的,那更不可思议的是这些纠缠中的粒子不是对等“复刻”,而是存在作用与反作用力的(图3.9)。举个例子,如果发生纠缠的两个粒子,其中一个是呈向上的自旋方向,那么另外一个粒子的自旋方向必定为向下,像一个跷跷板一样,反之亦然。但是,不管这两个粒子分开有多远,只要我们对其中一个粒子进行测量,另一个粒子就好像能瞬间感应到我们的测量行为,马上表现为相同的自旋方向,原来的纠缠状态似乎立刻中止了,而科学家并没有发现两个粒子之间有任何信息传递,一切都是在瞬间完成的。这与之前我们提到“观察者效应”如此一致:纠缠中的粒子一旦被观测,立刻就会发生“坍塌”。
图3.9:量子纠缠想象
由于量子纠缠和相对论是自相矛盾的,这也让爱因斯坦很困惑,直呼这个现象为“鬼魅一样的超远距离作用(spooky action at a distance)”。当然,爱因斯坦并没有质疑量子力学的正确性,只是质疑量子力学的不完备性。1935年,他与科学家鲍里斯·波多尔斯基和纳森·罗森,共同发表了一篇题为《能认为量子力学对物理实在的描述是完全的吗?》的论文,以佯谬的形式针对量子力学的“哥本哈根诠释”提出质疑,并希望尝试找到一种更加合理的诠释,这就是以他们三人名字的首字母命名的“爱波罗悖论”(EPR paradox)。可惜的是,爱因斯坦在余下的生命岁月里,始终没有找到这个隐变量到底是什么,直至离世,他依然坚持认为“上帝不掷骰子”。
量子纠缠的可怕之处在于,它能够无视距离而存在,物理学家们惊呼为“上帝的效应”。打个比方,将一个配对好的粒子放在宇宙的最南边,另一个粒子放在宇宙的最北边,只要我们影响宇宙最南边的粒子,那么最北边的粒子也将受到影响,而这个影响的速度是瞬间完成的。为了检验量子纠缠的存在,科学家将两个配对好的粒子放在相隔100多公里的地方,然后将配对好的第三个光子放在其中一个粒子中,神奇的是,相隔100多公里的另一个粒子也立即出现了相同的光子。
更为惊人的是,纠缠的粒子并不限于成对。当几个粒子在彼此相互作用后,由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质,无法单独描述各个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,具有“全息”的特性。拿电影《飞屋环球记》里的一个经典镜头(图3.10上)举例,原本吹好的氢气球并无联系,可是一旦把它们系在一起(气球间相互作用产生了纠缠),这时只能描述整捆氢气球的属性,单个气球的特性就会被掩盖,而整捆氢气球的整体属性和单个气球的特性肯定是不一样的,也并非单个气球特性的简单加总(从毫无托举力量的单个氢气球变为了可以托举飞屋的气球集合,是量变引起质变)。早在几年前,瑞士科学家们宣布了他们发现有 1600 万个原子被纠缠在了一厘米的水晶中;实践中,中国科学家利用冷原子体系已经成功实现了“51光子纠缠”(图3.10下)。这些发现均说明:量子纠缠其实是一个系统,具有不可分的整体性,可以称之为“量子系统”。就像跷跷板游戏,跷跷板两端组成一个整体,纠缠中的粒子本质上是一种东西,看起来相距甚远,但它们共同构成一个整体(系统)。
图3.10:飞屋环球记(上)多量子纠缠想象(下)
量子的运用突飞猛进,科学家已经把这些发现应用到现实,研究出更多科技产品,例如:量子计算机、量子加密通信、量子网络等。中国量子科学家实现了1400公里量子纠缠态的拆分和发送。2022年诺贝尔物理学奖颁发给了法国科学家阿兰·阿斯佩、美国科学家约翰·克劳泽和奥地利科学家安东·蔡林格,以表彰他们在纠缠光子实验和开创量子信息科学等方面所作出的贡献,可见量子纠缠这一前沿科技有多重要。
对于量子力学,人类只知其然,不知其所以然。但现实世界中,与量子纠缠类似的现象,人们可能并不陌生。举例而言,生活中往往很多时候有“第六感”,灵光乍现地奇思妙想,茅塞顿开地幡然醒悟…… 《红楼梦》中凤姐叹“说曹操,曹操到”;你在思念某人的时候,她刚好给你打来电话;遇到默契至深,似乎可以心电感应的知己或灵魂伴侣;双胞胎居住异地,生病却可以感应到对方;你第一眼见到你后来的丈夫,就觉得特别亲切,完全不陌生,好像已经认识很久了。
我们之前说到高维空间不受时间限制,也就是不受光速限制,那么脑洞大开一下:量子会不会能穿越到高维度,能够彼此感应?如果我们肉眼所能见的物质,可能只是宇宙的5%,有没有可能我们在与看不见的“暗物质”纠缠?或者,与我们在高维空间“投影源”纠缠?有没有可能在与前世或来生的我们纠缠?有没有可能在与自己的灵魂或他人的鬼魂纠缠?进一步,有没有可能,我们的意识可以与高维的“元神”甚至“神明”纠缠?又有没有可能,有一些物质或生灵,它能通过量子纠缠,能影响或改变我们的状态?
用量子纠缠原理来解答,或许可以这样解释:人世间,每个人都有自己的量子纠缠系统。也就是说,每个人都至少有一个与自己相对应的量子纠缠中的“自己”(现世的我是高维我的“投影”),并处于一定的纠缠态,在特定的时间和同样的频率内,总有对应的“自己”与自己相遇的可能。
如果这可以说得通,世间万物,其实可以分为纠缠的阳性物质和阴性物质。阳性物质是肉眼可见的实体,而阴性物质是我们看不到的“暗物质”(或者叫灵、魂、磁场、波等),后者虽然看不到,但反占大多数(96%)。我们所处的这个宇宙空间,极有可能是看不见的,决定看得见的。就好像我们的肉体是由看不见的意识(或精神)决定的,当意识一旦消亡(医学脑死亡),肉体也被宣判死亡,阴性态的三魂离体,七魄消亡。又好比供祖先的瓜果,因为食物的“魂”被吸食,会更快地腐坏变质…… 这似乎证明了一种可能,只要改变一件事物的阴性态,那么我们肉眼看到的阳性态也会随之改变。
图3.11:《水知道答案》中的水结晶示意图
还记得么?30年前,有一本非常风靡的书籍,叫《水知道答案》, 日本科学家江本胜博士用122幅震惊世界的水结晶照片(图3.11),向世人展示了令人难以置信的科学观察,证明了“水能感知”。当看到“爱”与“感谢”,水结晶呈现完整美丽的六角形;被骂做“浑蛋”,水几乎不能形成结晶;听过古典音乐的水结晶风姿各异,听过重金属音乐的水结晶则歪曲散乱……
图3.12:YouTube上的“爱米恨米”测试实验
在这之后,很多人加入到这一实验的队伍中来,发现念佛号等也具有超凡的让水形成美丽结晶的“能力”。类似的实验很多,比如相同的两盆绿植,唯一不同的是人们不停地赞美一株,而不停地咒骂和埋怨另一株。实验的结果不出所料,接受咒骂的绿植日渐枯萎,而接受赞美的绿植郁郁葱葱。YouTube上有一个被重复验证了很多次的“爱米恨米腐坏实验”(图3.12),每天在相同的大米上投射出“爱”和“恨”的情绪后会展现出不同的结果。在这一系列实验中,很可能,人类的语言不仅改变了磁场,也改变了水与绿植的阴性态。当事物的阴性态发生改变的时候,被观测到的阳性态也会随之发生根本性的改变。好比人的魂魄扭曲或散开,或呈现病态,或行尸走肉。
遵循量子的特性,事物的阴性态,也似乎可以同时存在于三维空间或者高维空间。那么,改变万物的阴性态,在常人看来,匪夷所思,但在高维看来,却有如一只“看不见的手”,易如反掌。留下世人,在各种“消失”事件中错愕,编入“未解之谜”……