爱因斯坦错了 ？

来源：《环球科学》
爱因斯坦写过一篇论文来批驳量子力学，引发了他和玻尔之间的一场哲学论战，结果让物理学界背离“探究世界本原”这一古老初衷长达半个多世纪。如今，对这场论战所作的重新思考得出了颠覆性结论——爱因斯坦和玻尔全都错了。更为讽刺的是，爱因斯坦慧眼识珠找到的量子力学“弱点”，恰恰对狭义相对论构成了严重威胁，甚至撼动了整个物理学的基石。
    撰文 戴维·Z·艾伯特（David Z. Albert）
    里夫卡·加尔亨（Rivka Galchen）
    翻译 周荣庭
　　定域？非定域？
    ———在我们感知到的宇宙中，我们只能直接影响自己能够触及的物体。因此，这个世界似乎是定域的。
    ——— 量子力学却表现出一种可以超距发挥作用的效应——量子纠缠。通过这种效应，两个粒子的行为无需介质即可保持同步。这种效应是非定域的。     ———这种非定域作用不仅违反直觉，还对爱因斯坦的狭义相对论造成了严重威胁，甚至撼动了物理学的基础。     自古以来，直觉就告诉我们：要挪动一块石头，一个人必须接触那块石头，或者通过一根棍棒来接触那块石头，又或者发出一道命令，通过空气的震动传到另一个人耳朵里，再由他拿起棍棒来撬动石头。用更概括性的语言来说，物体只能对周边紧紧靠着它的其他物体产生直接作用。如果物体A 和B 没有紧靠在一起，A 对B 产生的作用就必然是间接的——这种作用必然通过一连串首尾衔接的事件，以一种连贯不间断的方式跨越AB 之间的距离，从A 传播到B。我们总以为，自己可以举出一两个违背这一直觉的特例，比方说拨动一个电闸就能点亮整座城市的街灯，通过收音机可以收听BBC 广播等。但每一次刨根问底之后，我们都会发现，这些“特例”其实并没有违背直觉：点亮街灯是因为电子通过电线传播，广播信号则是通过无线电波传送的。在我们的日常经验中，没有任何事情违背这一直觉。我们把这种直觉称为定域性（locality）。量子力学已经颠覆了许多直觉，但没有一种比颠覆定域性影响更为深远。对定域性的颠覆，动摇了21 世纪物理学的基石——狭义相对论（special relativity）。
　　异域来客   
    一个人在中国挥出一拳，直接打破美国另一人的鼻子，而且不惊动一草一木——这种“隔山打牛”的功夫，正是量子纠缠带来的不可思议之处。     让我们回到量子力学出现之前，或者说回到自然科学研究刚刚起步那会儿。当时的学者们相信，如果我们能够逐一描述构成这个世界的每一个最小、最基本的物质单元，从理论上讲，我们就能完整描述整个物质世界。把物质单元经历的事件加在一起，应该就能描述这个世界里发生的所有一切。量子力学却违背了这个“信念”。     粒子集合实际可以测量的物理性质，会根据具体情况的不同，或超越其中单个粒子物理性质的总和，或违背各粒子物理性质之和，或完全跟后者没有任何关系。比方说，量子力学允许我们放置一对粒子，使两者的间距恰好等于2 米，而这两个粒子中的任何一个，本身的位置都不确定。更有甚者，量子力学的标准理解方法——也就是上世纪初伟大的丹麦物理学家尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）提出并被学术界奉为圭臬的所谓哥本哈根解释（Copenhageninterpretation）——坚持认为，这种不确定不是因为我们不知道单个粒子的确切位置，而是单个粒子根本不存在所谓的“确切位置”。  
   询问单个粒子的位置，就如同询问5 这个数字是否已婚一样，没有任何意义。这不是一个认知问题（我们知道些什么），而是一个存在问题（事实真相是什么）。     物理学家把粒子间这种形式的关联， 称为粒子之间发生了量子力学纠缠（entanglement）。这种相互纠缠的性质不一定非得是位置：两个粒子可以自旋方向恰好相反，但没有哪个粒子的自旋方向是确定的；又或者一堆粒子中恰有一个粒子被激发，但没有哪一个粒子确定就是那个被激发的粒子。不论粒子身处何处，本身是什么粒子，彼此间可能施加了什么作用力，纠缠都可以把它们联系起来——理论上说，分别位于星系两端的一个电子和一个中子都可以完美纠缠在一起。因此，纠缠构成了一种前人根本未曾想过的亲密联系。
量子纠缠是全新的、极富潜力的量子计算和量子密码学（quantum cryptography）的发展基础，前者能够解决某些超出普通计算机处理能力范围的问题，后者则会实现一种足以杜绝窃听的安全通信能力。
    不过，量子纠缠似乎还牵涉到一种极其怪异、完全违反直觉的现象。这种现象被称为非定域性（nonlocality），也就是说多个物体在既不相互接触、也不通过一系列实体从这里衔接到那里的情况下，仍有可能彼此施加物理影响。非定域性暗示，一个人在中国挥出一拳，有可能直接打破在美国的另一人的鼻子，而不影响除此之外任何地方的任何其他物体（不带动一个空气分子，不移动任何一根电线中的任何一个电子，也不发出任何一点闪光）。     除了势不可当、与生俱来的不可思议以外，非定域性引起的最大担忧在于，它对我们熟知的狭义相对论构成了严重威胁。过去几年来，这种担忧终于得以步入物理学殿堂，成为严肃思考的课题和学术争论的中心。这样的争论最终可能会瓦解、扭曲、重构、巩固，或者从根本上腐蚀物理学的根基。

我看不至于吧！？

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