量子糾纏是理解量子理論的障礙之一，如今還是要依靠愛因斯坦

935年愛因斯坦發表的兩篇著名論文，關於蟲洞和量子糾纏，之間似乎沒有什麼聯繫。可是統一廣義相對論與量子力學的橋樑，似乎在那個年代，就已經奠基。。。

愛因斯坦在與哥本哈根學派爭辯之中，屢敗屢戰。不過，最近在國際物理學界流傳的一個新公式，應該會讓他感到非常開心。

這個的方程極其簡潔：ER=EPR，看起來再簡單不過。

不過你要以為P必須等於1的話，那就大錯特錯了 -- 方程中的符號並不代表數字，而是指向人名。你或許已經猜到，E就是愛因斯坦，而R和P則是他兩篇著名論文的合作者。 八十多年前愛因斯坦這兩篇看起來似毫不相干的論文，現在似乎表明廣義相對論與量子力學之間可能存在一個協調的路徑。這一等式，其實就是在敘述這麼一個簡單的事情。

量子力學和廣義相對論都是極其成功的理論，預測了許多顛覆傳統觀點的奇異現象，也在無數的測試中被不斷地驗證 -- 自然界總是遵從這兩個理論。可是，雖然它們都能很好地描述自然界的性質，迄今為止所有在數學上統一這兩個理論的嘗試卻都以失敗告終。儘管每個人都相信，最後它們總會以某種方式融合在一起，可是這一天看起來顯得遙遙無期。

而ER=EPR則表明，或許能在被稱為蟲洞的時空隧道中，尋找到如何結合量子理論和廣義相對論的關鍵點。隱含在愛因斯坦的廣義相對論中的這些時空隧道，就像一個能在物理上連接兩個遙遠地點的子空間。而這些時空隧道與亞原子粒子的糾纏之間，似乎也存在著某種神秘聯繫。

在過去的90年里，物理學家們被量子理論中兩大難題深深迷惑。一是如何解釋量子理論在數學上的怪異並使之合理，比如量子糾纏。二是如何將量子力學架連到引力上。如果ER=EPR是正確的，那麼這兩個問題將會擁有統一的答案。只有當你明了量子力學與引力間的聯繫，才能理解量子力學在數學上的怪異。而蟲洞，則可能為你會建立起這種聯繫。

內森·羅森

在物理學上，蟲洞作為愛因斯坦-羅森橋而廣為人知，這也是方程中的「ER」。1935年，內森·羅森 (Nathan Rosen) 與愛因斯坦合作論文，描述了蟲洞。而方程中的EPR則涉及愛因斯坦與羅森在1935年的另一篇論文，其作者還有鮑里斯·波多斯基 (Boris Podolsky)。這篇論文清晰描述了量子糾纏關於實在論本質上的矛盾兩難。幾十年來，沒人認真考慮這兩篇論文之間或許存在某種聯繫。直到2013年，物理學家胡安·馬多西那 (Juan Maldacena) 和倫納德·薩斯坎德 (Leonard Susskind) 提出，從某種意義上來講，蟲洞和量子糾纏描述的是同一件事物。

在最近的一篇論文中，薩斯坎德闡述了這種觀念的引申含義。即，理解蟲洞-糾纏等式可能是統一量子力學和廣義相對論的關鍵，闡明這種統一的細節將解釋神秘的量子糾纏，而且時空本身也可從量子糾纏出發得以發展出來。最後，關於如何詮釋量子力學的持續爭論也將在這一過程中得以解決。

「ER=EPR告訴我們，這個由非常複雜的糾纏子系統網路構成的宇宙本身也是一個由蟲洞構成的非常複雜的網路。」薩斯坎德寫到，「對我來言，如果ER=EPR是正確的，那它必將影響量子力學的基礎及其詮釋。」

量子糾纏是理解量子理論的最大障礙之一，會在從同一源釋放出的兩個粒子之間發生。這樣一個粒子對，量子理論的描述可以告訴你測量粒子對中一個粒子的性質 (比如自旋) 時得到特定結果 (比如反旋) 的概率。但是，一旦粒子對中的其中一個性質被測量，你立即能夠知道如果測量另一個粒子會是什麼樣的結果，不論它們相隔多遠。在這一怪異現象面前，愛因斯坦一直固執地堅持認為一個地方的測量沒有可能會影響另一個遠程的實驗，也就是他「幽靈般的超距作用」的著名論斷。但許多現實實驗卻都無視愛因斯坦的堅持，驗證了量子糾纏的存在。即便沒有信息可以瞬間從一個粒子發送到另一個，正如愛因斯坦所堅稱的那樣，粒子對的其中一個卻似乎「知道」與其量子糾纏的另一粒子正在發生什麼。

一般來說，物理學家談到的量子糾纏是兩個粒子之間的。然而，這僅僅是量子糾纏最簡單的例子。薩斯坎德指出產生粒子的物質即量子場自身也會糾纏。 「在一個量子場論的真空中，在空間不相交的區域的量子場之間是糾纏的。」他寫到。它與物理學家所熟知的「虛」粒子持續進出已存在的真空這一奇異現象具有一定聯繫。這些粒子以成對方式從 「無」產生，其同一起源確保了它們是量子糾纏的。在它們短暫的一生中，它們有時會與真實粒子相碰撞，隨後真實粒子也就量子糾纏起來。

為說明這一現象，讓我們假設愛麗絲和鮑勃這兩個量子實驗員，收集在真空中量子糾纏的真實粒子。他們各自獲取一組粒子，然後相互道別，各自遠走高飛。隨後他們緊密擠壓自己所擁有的粒子，以至於它們各自形成一個黑洞。因為這些粒子從一開始就是相互量子糾纏的，愛麗絲和鮑勃就這樣新創造出兩個相互糾纏的黑洞。如果ER=EPR是正確的，蟲洞將連接這兩個黑洞，因此蟲洞的幾何也就可以用以描繪這種量子糾纏。如薩斯坎德所述，「這是一個驚人的闡述，儘管它的作用尚未被認可。」

薩斯坎德認為更重要的是，有這樣一個可能性，兩個相互糾纏的獨立亞原子粒子是被量子級的蟲洞相連接的。因為蟲洞是時空上的幾何扭曲，這種扭曲可被愛因斯坦引力方程所描繪。用量子糾纏去標識蟲洞，將會在引力與量子力學間構建起一個橋樑。

所有的這些物理事件都表明，量子糾纏對理解現實本質的重要性。而ER=EPR則凸顯如何詮釋量子力學的這一持續爭論。解釋量子力學的標準學說，哥本哈根詮釋，強調觀察者的角色，認為當觀察者做出測量時，多種量子可能性「塌縮」成一個明確結果。但與其相競爭的艾弗雷特學說，也被稱為「多重世界」學說，則認為所有的多重可能性都會發生，任何觀察者僅僅是經歷了多重可能性事件的一個與其一致的分叉。

在艾弗雷特的圖像中，可能性雲，即波函數，從未發生坍塌。相互作用，即測量，僅僅造成相互作用的實體間量子糾纏。這樣，現實成為一個「量子糾纏的複雜網路」。原理上，所有相互量子糾纏的事件之間能夠相互反轉，所以沒有什麼實際發生過塌縮，至少可以說這種塌縮不是不可逆轉的。然而，不可逆轉塌縮的標準觀點在實際應用中工作得很好。逆轉在現實世界中的複雜多重相互作用也顯得沒有可能性。換言之，薩斯坎德說，ER=EPR提出了這兩種觀點在量子級的現實中是「互補」的。

薩斯坎德在技術細節上繼續探索，多粒子糾纏如何運作，以及把糾纏與蟲洞等價起來有何深意。例如，蟲洞仍舊不能以超光速傳遞信號穿過空間，如同愛麗絲和鮑勃不能通過蟲洞傳遞信息給對方。如果他們實在想聊天，可以跳進各自的黑洞，在蟲洞的中間相遇。這個相遇能給ER=EPR理論提供強有力的證據，不過這樣的論文能否發表只有天知道了。

倫納德·薩斯坎德

與此同時，關於ER=EPR和涉及引力與量子糾纏的許多其它的研究論文也正在不斷湧現。在最近的一篇文章中，加州理工學院的曹春軍 (音譯)、卡羅爾和米丘萊克斯試圖展示，時空是如何從在真空量子糾纏的巨大網路中「建立」起來的。他們寫道，「在本文中，我們利用量子糾纏從一個本質上的量子描述逐步推導到空間自身的存在和性質」。他們展現了，在「量子態」上的改變 --對現實的純量子學描述 -- 如何能聯繫上時空幾何上的變化。「從這意義上來講，引力是以一種自然的方式從量子力學中出現的。」

曹春軍等承認他們的推導路徑依舊是不完整的，包含有需要隨後證實的假設。在最近的一篇博客中，卡羅爾寫道，「這裡我們所完成的是非常初步的，推測性的。我們沒有一個完整理論，甚至我們涉及的大量推測並沒有足夠嚴密的計算。」

然而，在許多物理學家間存在一個清晰的感覺，一個可能統一量子力學和引力學的路徑顯然已被打開。卡羅爾指出，如果這是一條正確道路，那麼從量子力學推導出引力將一點也不難，這將是「自動的」。薩斯坎德則相信，通過蟲洞通向量子引力的路徑將會證明這兩個理論的統一比科學家們所猜測的更為深刻。他說，ER=EPR暗示了「量子力學和引力的聯繫遠比我們想像的要緊密得多」。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！