愛因斯坦的「幽靈」傳送靠譜嗎？量子糾纏也解釋不了

科技 07-12

約100年前，阿爾伯特·愛因斯坦提出了一套飽受爭議的量子物理理論，即「幽靈般的遠距效應」（spooky action at a distance）。他認為量子糾纏理論不夠完整，有所缺失，並認為這種「幽靈遠距效應」並不存在。

愛因斯坦（圖片來源於網路）

如今，一名科學家希望證明愛因斯坦的理論是正確的。而他藉助的工具其實與量子物理關聯不大——人類意識。這項研究可能是科學研究首次觸及意識領域，但是對於量子糾纏理論的影響尚未可知。

（圖片來源於網路）

愛因斯坦提出「幽靈遠距效應」後諸多的科學實驗中，科學家們都試圖證明愛因斯坦是錯的，並試圖運用量子糾纏理論去做一些看似匪夷所思的事情，比如用愛因斯坦「幽靈」實現超光速通信或企圖用它傳送諸如人之類的實體物，這些實驗看似真的很荒謬，實際上也是不可行的，那究竟是為什麼呢？

量子糾纏理論

要了解量子糾纏理論用於實現實體物傳送尚不可行，我們首先必須了解一下這個理論——量子糾纏。量子糾纏是指，兩個粒子即使相隔數光年之遙，也能夠具有相互聯繫的特性。

這種「相互聯繫」的特性看似詭異，一如雙胞胎所謂的「心靈感應」，那麼這種「隱形」聯繫是否存在呢？

愛因斯坦認為，這說明量子糾纏理論存在漏洞，為了證明僅用量子力學描述世界的不完整性，他從量子力學原理出發，推演出一個十分荒謬的結果，這就是愛因斯坦等人1935年提出的著名的「EPR佯謬」。

EPR佯謬（圖片來源於網路）

「EPR」佯謬

設想有一個量子系統由兩個自旋為1/2的粒子構成，每個粒子的自旋要麼向上（），要麼向下（），但兩個粒子的總自旋為零，這意味他們總是處於自旋相反的狀態。

現在將粒子A和B分別配置於相距遙遠的兩個地方，例如，A在地球上，B在月球上。按照量子力學的預言，每個粒子的自旋方向是不確定的，在任何方向上測量會有一半概率向上，一半概率向下。但如果地球上的粒子A被測量並發現其自旋向下，那麼月球上的粒子B即便不測量也能確定其自旋必定向上，因為AB自旋總是相反的。

可見，地球上A未測量時，月球上B只有一半概率向上，而地球上A一旦被測量，並發現自旋向下，那月球上的B立刻以百分之百概率處於自旋向上的狀態。月球上B的狀態似乎是瞬時被地球上A的測量所控制，這種控制行為以超光速方式發生。這就是從量子力學原理推演出來的必然結果。

愛因斯坦由此斷定，「超光速」行為是絕對不可能發生，他稱之為「幽靈般的超距作用」。量子力學造就出這個不可能存在的「幽靈」，由此可見「量子力學是不完備的」，不足以正確地描述真實的世界，為正確地描述世界，必須從量子力學理論體系之外引進新的參數（俗稱為隱參數），來消除「量子世界的概率性」，這個「幽靈」也自然就消失掉！這就是EPR佯謬的故事。

那麼量子力學如何應對EPR佯謬？如何解釋這個神奇的幽靈呢？首先，在EPR實驗中，月球上B雖然測到自旋向上，但僅從這次測量的結果，無法推斷出它是以50%還是100%的概率獲得此結果的，換句話說，它根本不可能由此知道地球上A是否被測量這個信息，因此這裡根本不存在「信息傳送」。即使「幽靈」超光速，也不違背狹義相對論「信息傳送不能超光速」的原理。

量子隱形傳態

上述EPR實驗中，似乎地球上A的測量是「因」，而月球上B的後測量是其「果」，而「幽靈」擔負著這個「因果」關聯的角色。如若「幽靈」的角色真的存在，那可否利用量子來進行實體物的傳輸呢？

「量子隱形傳態」是量子糾纏的一種奇妙應用，並被實驗所驗證。這個過程已成為量子通信等的重要物理基礎，已開闢出具有潛在應用價值的新技術。

量子隱形傳態的英文是「Quantum Teleportation」。先說一下，「Teleportation」的含義是「遠距傳物」，通常在科幻電影或神話小說中出現，人或物在某地突然消失，瞬間在遠處重現。現實中當然無法做到，但「量子糾纏」出現後，科學家提出「量子隱形傳態」的方案，可以使量子信息或者稱量子態在某處消失，隨後在遠處重現，有點像上述神話中的「遠距傳物」。具體過程如下：