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量子纠缠的原理是什么？为什么能超光速1万倍？爱因斯坦无法理解( 二 )

科学家 爱因斯坦 量子纠缠 物理学家 量子力学


在理论上 ， 量子纠缠就不存在速度的概念 。 因为纠缠粒子之间的相互作用是同时发生的 ， 如果说存在速度的话 ， 那是不是意味着纠缠粒子的相互作用存在时间差呢？
所以在提到量子纠缠的时候 ， 尽量不要用“瞬间”“立马”这样的词语描述 ， 最好用“同时”这个词 。

理论归理论 ， 但是实验还得做 ， 你不做实验 ， 怎么知道纠缠粒子的作用就是同时的呢？
但是回头一想 ， 貌似这样的实验压根就无法做 。
假如 ， 你把两个纠缠粒子放到太空中 ， 距离30万公里 ， 时间精度是0.1秒 ， 操作了一通 ， 结果的确发现量子纠缠是同时的 。
但是有人还会说 ， 时间精度不够 ， 这只能说明量子纠缠的速度不低于10倍光速 。
然后 ， 你又将时间精度提高到0.01秒 ， 即便实验依旧成立 ， 但还会有人说精度不够 ， 这只能表明量子纠缠不低于100倍光速 。
2013年 ， 由中国科学家 潘建伟 带领的团队就测试过量子纠缠的速度下限 。

在这篇名为《限制“远处的幽灵行动”的速度》的论文摘要中提到 。
爱因斯坦等人将量子纠缠中的非局域关联称为“远处的幽灵行动” ， 如果确实存在这一可怕的行为 ， 那它的速度是多少呢？

在这里 ， 我们通过观察 连续12个小时违反贝尔不等式的实验得出结论：“幽灵行动”的速度下限是光速的四个数量级 。
这个实验意味着：起码在验证上 ， 量子纠缠至少是光速的一万倍 。 但要清楚 ， 由于实验精度的限制 ， 目前只能确定量子纠缠的“速度”不会低于光速的一万倍 。
在未来 ， 如果条件允许 ， 还会做量子纠缠超光速一亿倍 ， 一兆倍的实验 。
但这样的测量有意义吗？其实并没有多大意义 ， 我估计在未来 ， 要证明一台超级计算机的算力 ， 除了测量圆周率的位数外 ， 还会新增量子纠缠超光速多少倍的指标 。
接着下一个问题 ， 现在既然已经确定量子纠缠是超光速的 ， 那这种超光速到底是如何实现的？
在目前的物理框架中 ， 两个物体要进行相互作用 ， 必然需要借助一种中介物质（介质） 。
在标准模型中 ， 我们已经知道：光子 ， 胶子等玻色子和各种场可以充当物质相互作用的介质 。

但是这些介质的速度上限是光速 。
所以对于超光速的量子纠缠来说 ， 是没有任何玻色子和场能够充当纠缠粒子之间的介质的 。
于是就出现了另一种解释 ， 这种解释便是逻辑判断 。
这里有两个经典案例 ， 一个是寡妇模型 ， 一种是手套模型 。
我们先说说寡妇模型 。 铁蛋和翠花本是一对情侣 ， 经过了长达10年的爱情长跑 ， 终于结婚了 。 在结婚的那一刻 ， 铁蛋和翠花就有了夫妻之实 。 这种关系就相当两个纠缠粒子享有共同的叠加态 。
突然有一天 ， 作为丈夫的铁蛋因为车祸挂了 。 所以在事实上 ， 不管翠花愿意不愿意 ， 铁蛋挂的同时 ， 也是她变成寡妇的同时 。
这就相当于对一个纠缠粒子的测量 ， 会同时影响另一个纠缠粒子 。
还有一种解释就是 ， 手套模型 ， 将一双手套 ， 随机放入两个盒子 ， 只有当打开其中一个盒子的同时 ， 也就会同时知道另一个盒子里装的是什么手套 。

这两种案例就是典型的逻辑判断 ， 这种解释也能让很多人愉快地接受量子纠缠 。
可问题就在于 ， 人家事实并不是这样的 。
如果量子纠缠是逻辑判断的话 ， 一旦测量 ， 那结果就是确定的 ， 不会再改变 。
而事实上却是 ， 如果打开盒子发现是左手套 ， 盖上盒子后 ， 再打开 ， 就又可能变成右手套了 。
量子纠缠就是这样 ， 多次测量纠缠粒子 ， 其结果并不相同 。
这就奇怪了 ， 为了解释这个问题 ， 爱因斯坦也是绞尽脑汁 ， 因为在爱因斯坦看来 ， 任何两个粒子之间要进行相互作用 ， 必然要依靠介质 ， 但任何介质的速度都无法超光速 。

也就说 ， 任何遥远区域发生的事件都不能以超光速的形式 影响另一区域的事件 。 就是著名区域实在论 。
爱因斯坦自然是区域实在论的捍卫者 。
在他看来 ， 纠缠粒子之所以看起来可以违背区域实在论 ， 是因为纠缠粒子之间存在一种人类还没有发现的作用机制 。
爱因斯坦将这种未知的作用机制叫做隐形的变量 ， 也就是隐变量 。
并指出 ， 由于量子力学还没有发现这种隐变量 ， 所以量子力学并不成熟 ， 还有很多亟待完善的地方 。 这就引申出量子力学是否具有完备性的争论 。

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