你还记不记得这两个词：一个是实在性，你不看月亮的时候，月亮仍然是存在的；一个是局域性，我在北京干一件事，这件事不会瞬间影响到上海，影响速度不能超光速。
爱因斯坦认为，在量子力学中，这俩特性必须同时成立。
在前两讲中，物理学家通过实验告诉我们，它俩不能同时成立。后来又有实验表明，爱因斯坦设想的实在性也不成立。那么现在只剩下一个问题，局域性还能不能成立呢？
为了回答这个问题，这一讲我们来学习一个量子力学特有的概念，量子纠缠。
量子纠缠最早是爱因斯坦提出来的。他把它称作“鬼魅般的超距作用”。是什么意思呢？
有人说，量子纠缠就像心灵感应，你对一个粒子做测量，另一个粒子无论在哪里，都会瞬间响应，中间不需要任何时间，这是一种超光速的现象。
这就奇怪了，“任何物体都不能超光速”，这是爱因斯坦自己在相对论里提出来的啊？怎么他把自己推翻了呢？量子纠缠到底超不超光速呢？
1 量子纠缠就是“瞬间推断”
我们先来说说量子纠缠到底是什么意思。
假如两个粒子形成了量子纠缠，我只要测量其中一方的状态，就能瞬间推断另一方此刻的状态。我敲个黑板，我说的是瞬间推断，不是说我决定了另一方此刻的状态。
咱们拿爱因斯坦和玻尔打个比方吧。他们形成了一个心情上的量子纠缠。
不管他们离着有多远，就算一个在美国，一个在欧洲，他俩的心情都能保持绝对的相反。玻尔如果心情好，爱因斯坦肯定心情难受；玻尔如果难受，爱因斯坦肯定心情好。
但他俩心情到底是什么样的，你得问了才知道。不问他们，他们就同时处于好心情和坏心情两种状态。如果你问了其中一个，就能瞬间推断另一个心情好不好。
在这里，我要纠正一下你可能有的误会。
可能你会以为，纠缠的物理状态只能是相反的，其实不是。比如电子的自旋方向，两个电子如果有纠缠，自旋可以方向相反，一个朝上，另一个朝下；也可以方向相同，要么都朝上，要么都朝下。
还有一个误会是，好像只能是2个粒子纠缠，其实3个也行，N个粒子都行。Google的量子处理器，就是53个量子在纠缠。
好，咱们回到爱因斯坦。如果此刻爱因斯坦在我面前，他一定会说，相对论说了，任何影响速度都不能超光速。此刻的你只受到此刻身边事物的影响，不受远处任何事物的影响，这叫作局域性原理。如果量子力学认为，测量会瞬间改变两个粒子的状态，就违反了局域性原理，肯定错了。
所以，爱因斯坦认为，量子力学要对，我的局域性原理就错，相对论也错了。我的相对论要是对，你量子力学必然错。这俩理论不能同时成立。
爱因斯坦当初提出量子纠缠，目的就是为了证明量子力学有错。
不过，这都是空对空的讨论。在判断谁对谁错之前，我们还是应该看看实验怎么说。
2 相对论依然成立，但局域性却不成立了
实验是这样的。物理学家从一个地方发出一对量子纠缠的光子，我们还是把它们想象成爱因斯坦和玻尔。
这哥俩走过相同的距离，分别到达在北京和深圳的两栋房子里。但他俩纠缠的不是心情，而是这么一种关系：如果你看到老爱在北京这边的1楼，那玻尔就一定在深圳那边的2楼；如果看到老爱在2楼，那么玻尔一定在1楼。
我跟你说一个测量的思路，但这个思路不是物理学家操作的真实逻辑，只是便于你理解物理学家的想法。
比方说，你现在在北京测了一下爱因斯坦，我在深圳，看玻尔的状态突然跑到1楼了。那我用从北京到深圳的距离，除以这两个事发生的时间差，就能算出这种影响的传播速度。
这个传播速度有多快呢？从2000年开始，几组物理学家，做了各种不同的实验。结果都发现，这个速度的下限，最慢的也超过了光速。而且也有可能，这个速度根本没有上限。
你看，实验证明，量子纠缠违反了我们刚才说的局域性原理。
但是另一边的相对论呢，也有无数的实验证明，光速确实是所有物体和信息的速度上限，不可能有东西超光速，局域性必须成立。
那你说这怎么办？通常情况下，结论相互矛盾的两个理论，我们必须二选一，必然有一个是错的。但现在它们两个都被实验证实，我们没得选了。
这就把我们逼到了第三种可能：这两个说法都对，但它们有各自不同的适用范围。
我来解释一下这第三种可能性。其实，爱因斯坦对量子纠缠“超光速”的理解是错误的。
他以为的情况是，测量北京的那个人时，那个人会偷偷给深圳的人发消息，让后者跟他保持一致。测量一个人，就瞬间影响了另一个人，这种“影响”超光速了。
但现实不是这么回事，其中并不存在“影响”，而只是存在某种关系。
这就像一个航天员跟妻子闹矛盾，跑到火星上躲了起来。他妻子上法院起诉离婚，法院批准，离婚就瞬间生效了。这个生效速度无视任何距离。就算航天员跑到银河系外面，离婚也是瞬间生效的。
所以，测量的影响不能超光速，但断绝关系完全可以超过光速。
知道这一点，量子纠缠的事你就好理解了。你测量其中一个粒子，就能瞬间推断另一个粒子的测量结果。这就好比航天员的妻子把字一签，法院一盖章，我们就能瞬间推断航天员现在是单身了。
在这个过程中，我们没有以任何方式朝另一个粒子发出任何信号，虽然违反了局域性，但并不违反相对论。也就是说，相对论不等于局域性。有了量子力学以后，相对论还在，但局域性却不成立了。
那局域性和相对论到底是什么关系呢？
3 从信息的角度理解量子纠缠的整体性
我们下面从信息的角度，再来理解一下这个问题。
我得先说一下，爱因斯坦误解量子纠缠的根本原因。这还是要回到咱们课程里反复提到的那个词，波粒二象性。
爱因斯坦还是在用单纯的粒子视角，看待量子纠缠。他总觉得，他是他，玻尔是玻尔，这是两个独立的人。所以，你一测量他就瞬间知道玻尔的状态，那他必然偷偷给玻尔发消息。
但真正的情况不是这样的。如果你从波粒二象性的视角出发，用数学公式波函数把它们的状态写出来以后，就会发现，只能写出一个波函数。也就是说，它们是一个波，是一个整体。
你测量了一个整体的两个部分，发现结果存在关联，根本没什么可奇怪的。
这就好比老爱和玻尔哥俩在玩跷跷板，你发现一个人在地面时，另一个一定在空中。这是因为两个人不是两个孤立的个体，他们通过跷跷板联系了起来。
原来我们只关注两个人的状态，却忽略了跷跷板。“跷跷板”就是他俩之间的关系。个体加上关系，构成了一个整体。量子纠缠指的是这个整体。
如果你是科幻小说迷，听到这里你可能会说：科幻小说不是经常说，量子纠缠能“超光速传递信息”，这真的可以吗？
我明确地告诉你，这不可能。因为这里涉及两种不同的信息。
一种是必须用波函数才能写清楚的信息，叫量子信息。量子信息描述的是波粒二象性。
另一种是我们平常用的，比如短信、写小纸条这样的信息。这些信息要么通过电磁波，要么通过宏观物体传递，叫经典信息。
相对论说的是，经典信息的传播不可能超光速，但它并不限制量子信息。
这在量子力学中叫作“不可通信定理”，也就是你不可能利用量子纠缠来超光速传递经典信息。下次你再在科幻片里看到说，我用量子纠缠实现了超光速通信，你可以微微一笑，不必当真。
其实之前我说局域性就是“影响超过光速”，是为了便于你理解。现在你知道了，局域性强调的是，我只研究北京的粒子，就能把北京的量子信息说清楚。此时此刻深圳的粒子，跟我没关系，我不研究它。
但量子力学说，它们实际上是有关系的，你要想说清楚北京的量子信息，深圳那边得配合你，你才能把它们的关系说清楚，而且这关系里面也包含量子信息。这就叫非局域性。
你现在应该知道，为什么说相对论和局域性不是一回事了。
相对论说的是经典信息不能超光速；局域性说的是，一个地方的人能不能把本地的所有事全都说清楚，超不超光速只是说事过程中要考虑的一种情况而已。
最近几十年，物理学家对非局域性还做了更深入的研究。他们发现，在没有量子纠缠时，非局域性也成立。由于时间关系，我就不详细解释了。你只要知道，量子纠缠具有整体性，但没有量子纠缠时，量子状态照样可以存在整体性。
有很多人说，传统文化强调整体思维，现代科学强调分析思维，比如要把一个整体还原成几个部分，然后逐个分析。但你看，现代科学也有整体思维，量子力学的非局域性就是一种典型的整体思维。
最后留一个思考题。除了量子纠缠之外，你还听说过哪些科学现象，需要用整体思维来研究呢？留言说说你的思考。
到这一讲为止，我们讲了量子世界的一大堆性质，但这些性质好像只能在微观世界看到，它们在宏观世界也存在吗？我们下一讲见。
——李剑龙《给忙碌者的量子力学课》
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