在網(wǎng)絡上搜索關(guān)于量子力學的小視頻，發(fā)現(xiàn)一些偽科普言之鑿鑿地說:量子糾纏的速度超過了光速的一萬倍，云云。
量子糾纏，是指當幾個微觀粒子在相互作用后，便發(fā)生了關(guān)聯(lián)，它們所擁有的特性已經(jīng)綜合成為一個整體，再也無法單獨描述各個粒子的性質(zhì)，只能描述整體系統(tǒng)的性質(zhì)。
量子糾纏是一種純粹發(fā)生于微觀量子世界的現(xiàn)象，在宏觀經(jīng)典世界，不存在類似的現(xiàn)象。
量子糾纏現(xiàn)象存在著一個難以理解的問題——瞬時超距作用。
牛頓的萬有引力定律也存在著這個惱人的問題。萬有引力定律的公式
量子糾纏的瞬時超距作用，還得從量子糾纏的發(fā)現(xiàn)過程開始講起。
二十世紀二、三十年代，可以說是量子力學發(fā)展的黃金時代，研究量子力學的科學家群英薈萃，眾多年輕科學家脫穎而出，量子力學體系基本建成。愛因斯坦因為引進普朗克的能量子假說，成功地解釋了光電效應，成為量子論的奠基人之一。
隨著量子論的深入發(fā)展，各種奇幻的量子現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)，與之相應的各種奇特理論解釋開始百家爭鳴，以波爾為核心的哥本哈根解釋更是一枝獨秀。
這時候，愛因斯坦對新量子論的那些稀奇古怪的解釋十分不滿。他認為，人們之所以覺得量子現(xiàn)象非常奇異而難以理解，是因為還有許多隱藏的變量沒有被發(fā)現(xiàn)而已。換句話說，現(xiàn)在的量子理論是不完備的理論。
1935年，愛因斯坦聯(lián)合波多爾斯基和羅森提出了一個假想實驗，目的就是為了證明新量子論的不完備性，或者說是荒謬性。這個著名的假想實驗，后來被稱為EPR悖論（E:愛因斯坦、P:波多爾斯基和R:羅森，EPR 是這三位物理學家姓氏的首字母縮寫）。
EPR假想實驗的具體設(shè)計步驟如下：
假設(shè)有一個零自旋中性π介子，自發(fā)衰變成一個電子和一個正電子，并各自朝著相反方向移動。愛麗絲在地球上，負責觀測電子；鮑勃在月球上，負責觀測正電子。
咋一看，這個假想實驗并沒有什么特別之處。
在不做觀測的情況下，電子的自旋狀態(tài)，有上旋和下旋兩種可能，兩種狀況疊加在一起，每一種狀況都有可能出現(xiàn)；正電子的自旋狀態(tài)，也有上旋和下旋兩種可能，兩種狀況疊加在一起，每一種狀況都有可能出現(xiàn)。
問題就出在觀測事件發(fā)生之后。
如果愛麗絲在地球上對電子做了觀測，電子自旋的疊加態(tài)就會坍縮，要么處于確定的上旋狀態(tài)，要么處于確定的下旋狀態(tài)。同樣，如果鮑勃在月球上也對正電子做了觀測，正電子自旋的疊加態(tài)也會坍縮，要么處于確定的上旋狀態(tài)，要么處于確定的下旋狀態(tài)。
問題來了。
如果在地球上的愛麗絲觀測到電子的自旋狀態(tài)為上旋，在月球上的鮑勃觀測到正電子的自旋狀態(tài)為下旋，那么，這對從同一個系統(tǒng)里面分裂出來的粒子，就遵守了能量守恒定律。反過來，如果在地球上的愛麗絲觀測到電子的自旋狀態(tài)為下旋，在月球上的鮑勃觀測到正電子的自旋狀態(tài)為上旋，則這對從同一個系統(tǒng)分裂出來的粒子也遵守了能量守恒定律。
但是，如果在地球上的愛麗絲觀測到電子的自旋狀態(tài)為上旋，在月球上的鮑勃觀測到正電子的自旋狀態(tài)也是上旋，那么，這對從同一個系統(tǒng)分裂出來的粒子，就明顯違背了能量守恒定律。反過來，如果在地球上的愛麗絲觀測到電子的自旋狀態(tài)為下旋，在月球上的鮑勃觀測到正電子的自旋狀態(tài)也是下旋，則這對從同一個系統(tǒng)分裂出來的粒子，也明顯違背了能量守恒定律。
按照愛因斯坦他們的假設(shè)，一個電子與一個正電子分離后，就變成了兩個獨立的系統(tǒng)，不會相互關(guān)聯(lián)和相互干涉。因此，根據(jù)量子力學的不確定性原理，上述實驗中，在地球上的愛麗絲和在月球上的鮑勃，觀測到兩個粒子的自旋狀態(tài)同時為上旋或同時為下旋的情況一定存在，也就是它們違背能量守恒定律的情況一定存在。
EPR假想實驗，是基于“瞬時超距不存在”的假設(shè)。這種“定域性假設(shè)”就是:如果在測量時，兩個體系不再相互作用，那么對第一個體系所做的任何觀測，都不會對第二個體系發(fā)生任何影響，反之亦然。
EPR假想實驗，是愛因斯坦等人為消滅新量子論的“妖怪”而設(shè)計的“大殺器”，矛頭直指新量子論的心臟——不確定性原理。
EPR假想實驗的狠毒之處在于:如果新量子派認為在地球上的愛麗絲觀測到電子的自旋狀態(tài)為上旋，那么，在月球上的鮑勃觀測到正電子的自旋狀態(tài)必然為上旋——因為只有這樣才不會違背能量守恒定律?？墒?，這恰恰掉進了愛因斯坦他們設(shè)置的“陷阱”——承認了“瞬時超距作用”的存在。電子在地球上，正電子在月球上，它們已經(jīng)分裂成為兩個毫無關(guān)聯(lián)的獨立系統(tǒng)，測量地球上的電子，竟然會關(guān)聯(lián)到月球上的正電子，這種瞬時超距作用，在堅持定域?qū)嵲谡摰膼垡蛩固沟热丝磥?，是不可思議的事情，根本就不科學！
如果新量子派說“我們也不相信瞬時超距作用”，就會陷入第二個大“陷阱”——違背能量守恒定律。能量守恒定律，無論是在過去，還是在今天，甚至在未來，都是物理學的金科玉律，不可違背。新量子論一旦掉進違背能量守恒定律的陷阱，必將粉身碎骨，萬劫不復。
EPR假想實驗爭議的核心就是“瞬時超距作用”是否存在的問題。認為“瞬時超距作用”不存在的，屬于定域?qū)嵲谡?；認為“瞬時超距作用”存在的，屬于非域?qū)嵲谡摗?/p>
薛定諤看到EPR假想實驗后，將從同一個系統(tǒng)分裂出來的兩個粒子之間的關(guān)聯(lián)，稱為“量子糾纏”。從某種程度上講，正是愛因斯坦等人促成了量子糾纏現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。量子力學的歷史充滿了黑色幽默，原先反對它的，最后反而成就了它。例如當初薛定諤設(shè)計的“貓實驗”，原本是想嘲弄一下新量子論的荒誕不經(jīng)，可是后來“薛定諤的貓”卻成了量子力學的最佳“代言人”。這是題外話，下面我們言歸正傳。
以愛因斯坦為首的定域?qū)嵲谡撜撸圆枮槭椎姆嵌ㄓ蛘撜?，由此展開了曠日持久的拉鋸戰(zhàn)。由于雙方都沒有實驗觀測依據(jù)作支撐，這場論戰(zhàn)一度陷入了玄學爭論的泥坑而不能自拔。
1964年，英國物理學家貝爾，從“隱參量存在和定域性成立”出發(fā)，得到一個可供實驗檢驗的不等式。這就是鼎鼎大名的貝爾不等式，其數(shù)學形式為∣Pxz-Pzy∣≤1+Pxy .
貝爾不等式，基于定域性和實在性的雙重假設(shè)，對兩個分隔的粒子同時被測量時，其結(jié)果的可能關(guān)聯(lián)程度，建立了一個嚴格的限制。
貝爾原本是愛因斯坦的忠誠粉絲，他設(shè)計這個不等式的初衷就是為了支持定域?qū)嵲谡?。如果這個不等式成立，則證明愛因斯坦堅持的定域?qū)嵲谡摮闪?；如果這個不等式不成立，則證明波爾主張的非定域?qū)嵲谡撜_。
貝爾把一個長期爭論不休的哲學理論問題，變成一個可供實驗判決的科學問題，讓定域?qū)嵲谡撆c非定域?qū)嵲谡撝g的論戰(zhàn)，重新回歸科學理性，可謂功莫大焉。
關(guān)于貝爾不等式的證明非常復雜難懂，這里不作過程講解，只作結(jié)果介紹。感興趣的朋友在網(wǎng)絡上搜索一下，就會有“貝爾不等式”這個詞條的詳細論述。
1972年，約翰·克勞澤與史達特·弗利曼首先完成了貝爾的實驗，實驗結(jié)果符合量子力學的預測，說明從同一個量子系統(tǒng)分裂出去的兩個粒子，在遠距離上確實還存在著相互關(guān)聯(lián)。
2017年，中國的量子科學實驗衛(wèi)星墨子號，實現(xiàn)了兩個量子糾纏光子的分發(fā)，它們被發(fā)射到相距超過1200公里的距離后，仍可繼續(xù)保持其量子糾纏的狀態(tài)。那曾經(jīng)被愛因斯坦戲稱為“鬼魅般的超距作用”，被實驗一次次地證實。
今天，量子糾纏已經(jīng)成為一種資源，被運用到量子加密通訊和量子計算之中。量子通信和量子計算，一旦技術(shù)成熟進入商用，勢必要引發(fā)一場信息革命和人工智能革命。
量子糾纏的瞬時超距作用，違背了愛因斯坦的廣義相對論光速不可超越的限定。量子物理學家為了調(diào)和這個矛盾，提出“量子糾纏不傳遞信息”的假設(shè)。至于為什么不傳遞信息，暫時還沒有比較有說服力的解釋。
這里要特別強調(diào)一下，隱藏在量子糾纏現(xiàn)象背后的本質(zhì)和原理，到目前為止科學界尚未搞清楚。量子糾纏的瞬時超距作用，還是謎一般的存在。
有人提出高維空間理論來解釋量子糾纏，他們推測兩個分裂的粒子在高維空間中存在著關(guān)聯(lián)，只是目前人類的科技水平還不能觀測到。大家同時也要注意，高維空間理論，目前仍然是一種數(shù)學模型，在四維空間以上，是否存在更高維的空間，現(xiàn)在還沒有辦法進行觀測。大家千萬不能把數(shù)學模型當真實存在，量子糾纏的高維空間理論解釋，僅僅屬于一種推測。
2006年，比伊利諾伊大學的科學家發(fā)現(xiàn)了時空的幾何結(jié)構(gòu)與量子糾纏存在著關(guān)聯(lián)。2013年，普林斯頓高等研究院的物理學家和斯坦福大學的物理學家在合作研究中發(fā)現(xiàn)，如果兩個黑洞糾纏在一起，它們就會產(chǎn)生蟲洞，即廣義相對論中所預言的一種時空捷徑。這項發(fā)現(xiàn)及進一步的數(shù)據(jù)計算表明：過去被認為不涉及實體聯(lián)系的量子糾纏，竟然能夠產(chǎn)生出時空結(jié)構(gòu)。
量子糾纏能產(chǎn)生時空結(jié)構(gòu)，說明“時空并不是前提，而是結(jié)果”。換而言之，時空并不是量子糾纏的場所，而是量子糾纏的產(chǎn)物。是物質(zhì)聯(lián)系產(chǎn)生了時空，而不是時空本來就存在那里，然后等待著物質(zhì)去填充。時空并不是一個最基本的存在。
兩個糾纏粒子分離的過程，實質(zhì)上是二者創(chuàng)造新時空的過程。兩個粒子在分離的過程中建立了它們自己的新時空。當其中一個被觀察，另一個立刻便“感知”，實質(zhì)上它們本來就一直都是一個整體。在微觀量子世界，聯(lián)系是根本，時空區(qū)隔不是問題。量子糾纏更能深刻地描述宇宙萬物的普遍聯(lián)系。
瞬時超距作用，究竟是什么“鬼怪”一般的存在？也許，我們需要建立一種新的時空觀念，才能理解。
最后，回答一下文章標題的問題:量子糾纏的速度究竟超過光速多少倍？
在小學三年級的課本里面，我們就知道:速度=距離/時間。距離其實就是空間的大小或長短。這里的空間和時間，都是經(jīng)典物理學里面的絕對空間和絕對空間，與之相應的速度也是一個經(jīng)典物理學概念。用經(jīng)典物理學的空間和時間概念去描述非經(jīng)典的量子糾纏現(xiàn)象，本身就存在著巨大的問題。也就是說，用經(jīng)典物理學的語言，能不能恰當?shù)孛枋隽孔蝇F(xiàn)象，還是一個大問題。
另一方面，即便可以用經(jīng)典物理學的速度概念去描述量子糾纏現(xiàn)象，目前的科學技術(shù)條件還無從下手去實施測量。簡單直白地說，目前科學家還不知道究竟要用什么工具和方法去測量量子糾纏的速度。
所以說，一些自媒體說量子糾纏的速度超過光速千倍萬倍，純粹是想當然的胡扯。
