量子力學的不完備性會引發新的物理學變革嗎？

作為現代物理學的兩大支柱之一，量子力學描述了微觀粒子是如何發生相互作用的。在人類已知的四大基本作用力中，除了引力之外的三個都已經在量子力學中得到統一。

兩個物體靠得越近，它們對彼此施加的作用力就越大。如果它們離得太遠，作用力就會降到零。這就是所謂的定域性原理，它幾乎在任何情況下都是成立的。但在量子力學中，定域性原理一直被違背。定域性可能只是一種錯覺，而看穿這種表象可能正是物理學所需要的。

假設有兩個物體彼此靠近，它們會根據電荷和它們之間的距離出現相互吸引或排斥的作用。這可以想像成一個物體產生了能夠影響另一個物體的場，或者兩個物體交換粒子，使它們之間產生推力或拉力。

當然，這種相互作用會有一個速度限制，那就是光速。根據狹義相對論，因為負責力傳播的粒子不會以超光速運動，速度只能小於等於光速。

另一方面，基於生活經驗，我們建立起了因果關係的概念，這是少有的符合我們直覺的物理學觀點之一。對於宇宙中的任一個觀測者而言，都有一系列存在於過去和未來的事件。

在相對論中，這些事件要麼包含在過去的光錐中，要麼包含在未來的光錐中。可以看到、感知到或以其他方式影響觀測者的事件被稱為因果關聯。從過去到未來，信號和物理效應都能以光速傳播，但不會超光速。至少，這是人們的現實直覺。

但在量子宇宙中，相對論因果關係的概念並非那樣簡單或普遍。根據不確定性原理，在對粒子進行測量之前，它們的狀態是不確定的。在觀測粒子之前，它們處於所有可能狀態的疊加，這就是所謂的疊加態。

另外，也可以把兩個量子粒子糾纏在一起，這樣這兩個發生量子糾纏的粒子就有了相同的量子性質。當測量其中一個糾纏粒子時，不僅確定了該粒子的狀態，而且還能同時知道另一個糾纏粒子的狀態。

上述的量子現象已經夠反直覺了，而下述的量子現象更是打破人們的傳統認知：假如在時空的特定位置製造出一對糾纏粒子，然後，把它們之間的距離拉開任意遠，同時保持量子糾纏。如果測量其中一個粒子的狀態，瞬間就能知道相距遙遠的另一個粒子的狀態，這是愛因斯坦所無法認同的「幽靈般的超距作用」。

令人困惑的是，直到很久以後，觀測者才能檢測這個信息是否正確，因為光信號從另一個地方傳播到另一個地方需要時間。當信號到達時，對遠處糾纏粒子狀態的期望會與測量結果100%一致。

在這種情況下，觀測者「知道」關於非本地或者說光錐之外發生的測量信息。然而，觀測者並不完全不知道那裡發生了什麼。儘管沒有任何信息的傳播速度超過光速，但這種測量描述了量子物理中一個令人不安的事實——它本質上是一個非定域理論。

但需要注意的是，測量一個糾纏粒子的狀態並不能告訴我們另一個的確切狀態，只能知道相關概率信息。由於沒有辦法超光速發送信號，只能使用這種非定域性來預測糾纏粒子特性的統計平均值。

從愛因斯坦到薛定諤再到德布羅意，沒有物理學家能提出更好的量子力學改進版。不過，現在還有物理學家正在試圖做到這些。

其中之一是圓周理論物理研究所的物理學家Lee Smolin，他早在2003年就寫過一篇論文，展示了量子引力的一般概念與量子物理的基本非定域性之間的有趣聯繫。雖然物理學家還沒有建立起一個成功的量子引力理論，但他們已經建立了一些有關量子引力理論的重要性質。

當試圖使引力量子化時，通過用粒子交換來代替廣義相對論中的時空彎曲概念來傳遞引力，這就會違背定域性。但如果觀測這些違背定域性行為的後果，就會發現可以夠通過新的、非定域性的、不可觀測的變數來解釋量子力學的非定域性行為。

那麼，在不完備的量子力學中能否誕生新的理論，並引發新的物理學變革？愛因斯坦未完成的大統一理論能否實現？廣義相對論和量子力學能否最終統一起來？這些都有待時間給出答案。

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