量子为什么会纠缠，本质原因是什么？

明曲

量子为什么会纠缠，本质原因是什么？

转自：时空通讯原创

量子纠缠现象大师们都很难说明白。

量子纠缠是量子系统的一种现象，理论很复杂，要说清楚很难。对于量子世界的奇异特性，不但我们瓜民们如雾里看花，就是物理学大师们也有不同看法。为了弄清这些问题，上世纪一些物理学、量子力学大师们曾经有过一次剧烈的争论，代表人物都是量子力学的鼻祖。

以爱因斯坦为首的经典物理学派认为，量子力学里面的一些无法预测的“诡异”现象，如量子纠缠“鬼魅般的超距作用”，主要是其理论尚不完备，有一些深层次隐性规律还没有被人们所认识，他把这种规律称为隐变量，只要找到这些隐变量，这些现象就不诡异了，就可以预测了。爱因斯坦的口头禅是“上帝不会掷骰子”，支持他的有薛定谔、贝尔等。

争论的对方叫“哥本哈根派”，其代表人物有波尔、波恩、海森堡等，他们的理论被称为“哥本哈根诠释”。核心是坚持观测事实，认为粒子的波粒二象性、不确定性原理、波函数塌缩、量子纠缠等奇异特性，是量子世界的固有特性。它们更像是“别去管上帝能做什么”，似乎“上帝真的在掷骰子”。

最终哥本哈根诠释胜出。

一直到爱因斯坦、波尔等大师们都到天堂去了，争论依然没有结果。他们在天堂是不是还在争论我们也不知道，因为“量子纠缠”本身不携带信息，我们无法知晓变成量子的爱因斯坦们在干什么。倒是曾经支持爱因斯坦隐变量理论的约翰·斯图尔特·贝尔，一直孜孜不倦地想证实爱因斯坦正确，他提出了一个逻辑严密的数学不等式，只要这个不等式成立，爱因斯坦就胜出。

但结果令他失望，反复的实验，不等式都不成立。后来又有许多科学家验证了这个不等式，确切地证实了这个不等式不成立，从而判定爱因斯坦所主张的隐变量不存在，支持了哥本哈根派，哥本哈根诠释完美胜出。

这个结果传到依然在天堂争论的爱因斯坦和波尔们那里，不知他们作何感想，是不是会偃旗息鼓呢？

这个结果说明，量子力学里的量子纠缠、测不准定律、波函数坍缩确实在微观领域存在，但为什么存在呢？没人知道，因此量子纠缠的本质到底是什么，为什么会纠缠，没有一个完美的理论解释。

那么何谓量子纠缠呢？

这是量子力学里面描述粒子特性的一个概念，说的是当几个粒子在一起相互作用后，其原来各自的特性就会消失，而综合成整体性质，人们无法将这些粒子区分单独描述某个粒子性质，只能够描述整体系统的性质。

即便把这些粒子分开到很远距离，它们的这种性质依然存在。理论上认为量子纠缠距离可以达到任意远，最诡异的就是，根据不确定性原理，测量粒子会让粒子运动发生改变，这种改变会瞬间传递到任意距离纠缠着的粒子，让其运动同时改变。

如A和B一对纠缠着的粒子，它们的纠缠状态是一个为左旋，一个为右旋，把它们分开放在距离很远的两地，只要测量A粒子，其运动发生改变成为右旋，那个在远方B粒子一定会变为左旋；而测量B粒子，则A粒子同样会发生改变。

我国2016年发射的墨子号量子科学实验卫星，证实了处于纠缠态的两个光子，分开1200km距离后依然保持这种性质。2019年7月12日，英国格拉斯哥大学的科学家们，首次拍摄到量子纠缠的照片（上图），这项成果以《贝尔非局域相互作用的成像》论文发表在《科学进展》学术期刊上。

怎么理解量子纠缠？

量子纠缠的“诡秘”特性让人们产生了许多猜测，甚至引起了一些神鬼玄学迷信群体的兴奋，认为最微小的粒子都有意识，所以才会有超距作用。但主流科学界认为，量子纠缠就是粒子世界的固有特性，是一种客观存在，并非有什么意识。

科学界现在对量子纠缠这种现象的机理还没有弄清，但主流理论认为，量子纠缠至少有三个基本特征：一是这种现象只存在于量子世界，不会在宏观世界出现；二是量子纠缠不传递能量和信息，因此不违背光速藩篱；三是超距作用无限远永远也无法证实。

如何理解量子纠缠现象只出现在量子世界？就是在宏观世界从来也没有这种现象，遵循的是经典物理学理论，包括爱因斯坦相对论和牛顿力学等。这也说明利用这个理论实现超距传输是不可能的。在一些科幻作品和一些人想象中，老幻想着利用量子纠缠这种特点，将一只猫或者一个人或者一艘飞船，瞬时传递到光年以外，这些都不属于量子纠缠理论范畴。

那么既然量子纠缠具有超距作用，为什么不携带信息和能量呢？这里我们可以用一个更通俗的比喻来理解：有两姐妹分居两地，姐姐生了一个孩子，妹妹自然升级为小姨了，这种变化是瞬间的，不管她们距离多远，也不管她们愿不愿意，都会自然地发生这种变化。

但妹妹在接到传递的信息前，并不知道发生了这种变化，而姐姐把这个信息传递给姐姐，就要使用宏观信息传递手段了，传递最快的速度就是光速，打个电话，电磁波就传给了妹妹了。

为什么无法验证量子纠缠超距作用无限远呢？这是因为人类永远也无法将一个被纠缠着的粒子传送到无限远，现在人类的飞行器连1光年半径的太阳系都出不了，何况无限远？比如前面说的那姐妹分开的问题，她们就像需要分开纠缠着的两个粒子，要分开多远，就要用宏观的方式移动，无论是坐火车还是坐飞机做宇宙飞船，把姐姐或者妹妹送到无限远是做不到的，即便光速也做不到。

因此量子纠缠传播无限远，理论上可以做到，因为两姐妹不管分开多远，姐姐生了孩子，妹妹都会自动升级，但在实践中永远无法证实。

这种比喻不够严谨准确，只是为了帮助大家通俗理解量子纠缠虽然有超距作用，但并不传递信息和能量。不当之处，欢迎纠正和拍砖。

量子通讯不是用量子纠缠速度通讯

现在量子通讯常常被一些人误认为信息传输比光速还快，可以做到无延时通讯，这种理解是错误的。现在潘建伟等科学家正在研究的量子通讯，主要是通过量子纠缠分发和隐形传输，利用量子不确定性原理、波函数坍塌原理等，让通讯更快、更保密而已。

这个传输速度更快不是传播速度超过光速这种速度，而是每秒钟传输的数据量更大，如每秒可传递5G流量；保密是指密匙不可克隆，且通讯不可监听。

因此，从量子纠缠的这些基本特性，我们可以了解到，量子是没有什么意识可言的，未来也不可能通过这个理论来实现超距即时能量和信息的传输，更不可能实现任何物体或人类的瞬时转移。但随着人们对量子力学研究的深入，对这个世界的本质认识会越来越深刻，从而推动整个人类文明的进程。

就是这样，欢迎讨论，感谢阅读。

（明曲注：量子是否有意识，希望大家不要过早下结论，对于没有确定的事情还是留待以后证实为好。）