你還記不記得這兩個詞：一個是實在性，你不看月亮的時候，月亮仍然是存在的；一個是局域性，我在北京幹一件事，這件事不會瞬間影響到上海，影響速度不能超光速。
愛因斯坦認為，在量子力學中，這倆特性必須同時成立。
在前兩講中，物理學家通過實驗告訴我們，它倆不能同時成立。後來又有實驗表明，愛因斯坦設想的實在性也不成立。那麼現在只剩下一個問題，局域性還能不能成立呢？
為了回答這個問題，這一講我們來學習一個量子力學特有的概念，量子糾纏。
量子糾纏最早是愛因斯坦提出來的。他把它稱作“鬼魅般的超距作用”。是什麼意思呢？
有人說，量子糾纏就像心靈感應，你對一個粒子做測量，另一個粒子無論在哪裡，都會瞬間響應，中間不需要任何時間，這是一種超光速的現象。
這就奇怪了，“任何物體都不能超光速”，這是愛因斯坦自己在相對論裡提出來的啊？怎麼他把自己推翻了呢？量子糾纏到底超不超光速呢？
1 量子糾纏就是“瞬間推斷”
我們先來說說量子糾纏到底是什麼意思。
假如兩個粒子形成了量子糾纏，我只要測量其中一方的狀態，就能瞬間推斷另一方此刻的狀態。我敲個黑板，我說的是瞬間推斷，不是說我決定了另一方此刻的狀態。
咱們拿愛因斯坦和玻爾打個比方吧。他們形成了一個心情上的量子糾纏。
不管他們離著有多遠，就算一個在美國，一個在歐洲，他倆的心情都能保持絕對的相反。玻爾如果心情好，愛因斯坦肯定心情難受；玻爾如果難受，愛因斯坦肯定心情好。
但他倆心情到底是什麼樣的，你得問了才知道。不問他們，他們就同時處於好心情和壞心情兩種狀態。如果你問了其中一個，就能瞬間推斷另一個心情好不好。
在這裡，我要糾正一下你可能有的誤會。
可能你會以為，糾纏的物理狀態只能是相反的，其實不是。比如電子的自旋方向，兩個電子如果有糾纏，自旋可以方向相反，一個朝上，另一個朝下；也可以方向相同，要麼都朝上，要麼都朝下。
還有一個誤會是，好像只能是2個粒子糾纏，其實3個也行，N個粒子都行。Google的量子處理器，就是53個量子在糾纏。
好，咱們回到愛因斯坦。如果此刻愛因斯坦在我面前，他一定會說，相對論說了，任何影響速度都不能超光速。此刻的你只受到此刻身邊事物的影響，不受遠處任何事物的影響，這叫作局域性原理。如果量子力學認為，測量會瞬間改變兩個粒子的狀態，就違反了局域性原理，肯定錯了。
所以，愛因斯坦認為，量子力學要對，我的局域性原理就錯，相對論也錯了。我的相對論要是對，你量子力學必然錯。這倆理論不能同時成立。
愛因斯坦當初提出量子糾纏，目的就是為了證明量子力學有錯。
不過，這都是空對空的討論。在判斷誰對誰錯之前，我們還是應該看看實驗怎麼說。
2 相對論依然成立，但局域性卻不成立了
實驗是這樣的。物理學家從一個地方發出一對量子糾纏的光子，我們還是把它們想象成愛因斯坦和玻爾。
這哥倆走過相同的距離，分別到達在北京和深圳的兩棟房子裡。但他倆糾纏的不是心情，而是這麼一種關係：如果你看到老愛在北京這邊的1樓，那玻爾就一定在深圳那邊的2樓；如果看到老愛在2樓，那麼玻爾一定在1樓。
我跟你說一個測量的思路，但這個思路不是物理學家操作的真實邏輯，只是便於你理解物理學家的想法。
比方說，你現在在北京測了一下愛因斯坦，我在深圳，看玻爾的狀態突然跑到1樓了。那我用從北京到深圳的距離，除以這兩個事發生的時間差，就能算出這種影響的傳播速度。
這個傳播速度有多快呢？從2000年開始，幾組物理學家，做了各種不同的實驗。結果都發現，這個速度的下限，最慢的也超過了光速。而且也有可能，這個速度根本沒有上限。
你看，實驗證明，量子糾纏違反了我們剛才說的局域性原理。
但是另一邊的相對論呢，也有無數的實驗證明，光速確實是所有物體和信息的速度上限，不可能有東西超光速，局域性必須成立。
那你說這怎麼辦？通常情況下，結論相互矛盾的兩個理論，我們必須二選一，必然有一個是錯的。但現在它們兩個都被實驗證實，我們沒得選了。
這就把我們逼到了第三種可能：這兩個說法都對，但它們有各自不同的適用範圍。
我來解釋一下這第三種可能性。其實，愛因斯坦對量子糾纏“超光速”的理解是錯誤的。
他以為的情況是，測量北京的那個人時，那個人會偷偷給深圳的人發消息，讓後者跟他保持一致。測量一個人，就瞬間影響了另一個人，這種“影響”超光速了。
但現實不是這麼回事，其中並不存在“影響”，而只是存在某種關係。
這就像一個航天員跟妻子鬧矛盾，跑到火星上躲了起來。他妻子上法院起訴離婚，法院批准，離婚就瞬間生效了。這個生效速度無視任何距離。就算航天員跑到銀河系外面，離婚也是瞬間生效的。
所以，測量的影響不能超光速，但斷絕關係完全可以超過光速。
知道這一點，量子糾纏的事你就好理解了。你測量其中一個粒子，就能瞬間推斷另一個粒子的測量結果。這就好比航天員的妻子把字一簽，法院一蓋章，我們就能瞬間推斷航天員現在是單身了。
在這個過程中，我們沒有以任何方式朝另一個粒子發出任何信號，雖然違反了局域性，但並不違反相對論。也就是說，相對論不等於局域性。有了量子力學以後，相對論還在，但局域性卻不成立了。
那局域性和相對論到底是什麼關係呢？
3 從信息的角度理解量子糾纏的整體性
我們下面從信息的角度，再來理解一下這個問題。
我得先說一下，愛因斯坦誤解量子糾纏的根本原因。這還是要回到咱們課程裡反覆提到的那個詞，波粒二象性。
愛因斯坦還是在用單純的粒子視角，看待量子糾纏。他總覺得，他是他，玻爾是玻爾，這是兩個獨立的人。所以，你一測量他就瞬間知道玻爾的狀態，那他必然偷偷給玻爾發消息。
但真正的情況不是這樣的。如果你從波粒二象性的視角出發，用數學公式波函數把它們的狀態寫出來以後，就會發現，只能寫出一個波函數。也就是說，它們是一個波，是一個整體。
你測量了一個整體的兩個部分，發現結果存在關聯，根本沒什麼可奇怪的。
這就好比老愛和玻爾哥倆在玩蹺蹺板，你發現一個人在地面時，另一個一定在空中。這是因為兩個人不是兩個孤立的個體，他們通過蹺蹺板聯繫了起來。
原來我們只關注兩個人的狀態，卻忽略了蹺蹺板。“蹺蹺板”就是他倆之間的關係。個體加上關係，構成了一個整體。量子糾纏指的是這個整體。
如果你是科幻小說迷，聽到這裡你可能會說：科幻小說不是經常說，量子糾纏能“超光速傳遞信息”，這真的可以嗎？
我明確地告訴你，這不可能。因為這裡涉及兩種不同的信息。
一種是必須用波函數才能寫清楚的信息，叫量子信息。量子信息描述的是波粒二象性。
另一種是我們平常用的，比如短信、寫小紙條這樣的信息。這些信息要麼通過電磁波，要麼通過宏觀物體傳遞，叫經典信息。
相對論說的是，經典信息的傳播不可能超光速，但它並不限制量子信息。
這在量子力學中叫作“不可通信定理”，也就是你不可能利用量子糾纏來超光速傳遞經典信息。下次你再在科幻片裡看到說，我用量子糾纏實現了超光速通信，你可以微微一笑，不必當真。
其實之前我說局域性就是“影響超過光速”，是為了便於你理解。現在你知道了，局域性強調的是，我只研究北京的粒子，就能把北京的量子信息說清楚。此時此刻深圳的粒子，跟我沒關係，我不研究它。
但量子力學說，它們實際上是有關係的，你要想說清楚北京的量子信息，深圳那邊得配合你，你才能把它們的關係說清楚，而且這關係裡面也包含量子信息。這就叫非局域性。
你現在應該知道，為什麼說相對論和局域性不是一回事了。
相對論說的是經典信息不能超光速；局域性說的是，一個地方的人能不能把本地的所有事全都說清楚，超不超光速只是說事過程中要考慮的一種情況而已。
最近幾十年，物理學家對非局域性還做了更深入的研究。他們發現，在沒有量子糾纏時，非局域性也成立。由於時間關係，我就不詳細解釋了。你只要知道，量子糾纏具有整體性，但沒有量子糾纏時，量子狀態照樣可以存在整體性。
有很多人說，傳統文化強調整體思維，現代科學強調分析思維，比如要把一個整體還原成幾個部分，然後逐個分析。但你看，現代科學也有整體思維，量子力學的非局域性就是一種典型的整體思維。
最後留一個思考題。除了量子糾纏之外，你還聽說過哪些科學現象，需要用整體思維來研究呢？留言說說你的思考。
到這一講為止，我們講了量子世界的一大堆性質，但這些性質好像只能在微觀世界看到，它們在宏觀世界也存在嗎？我們下一講見。
——李劍龍《給忙碌者的量子力學課》
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