鬼魅般的超距作用

阿爾伯特·愛因斯坦進一步強調：“我真的不敢茍同（量子理論），因為它不能和這樣一個想法和平共處，即物理應該描述的是時間和空間的實在，而沒有鬼魅般的超距作用?！?a href="../Text/Chapter016.xhtml#ch12_12-1" id="ch12_12-1-back">[12]

愛因斯坦認為他找到了量子物理基本原理的一個致命的缺陷，而量子物理的支持者（尤其是玻爾）堅信一個粒子的各個屬性在我們測量它們之前根本沒有真正的客觀實在。對愛因斯坦而言，“不測量便不存在”的觀點是荒謬的。在他看來，粒子是客觀存在的，并且具有像位置、速度、質量和電荷這樣的屬性，即便在我們沒有觀察它們，甚至在我們還不知道這些值表示什么意思的時候。他只同意這樣一個常識性的想法，就是測量一個很小的粒子的時候會干擾到它，并且會引入一些未知的改變。在整個宇宙中，量子態一經測量便會突變（見第7章注釋[8]），這個概念會指向另一個觀點，那就是信號（信息）從某種意義上說允許遠距離瞬間傳遞，速度可以比光速還快，而這顯然是不可能的。根據愛因斯坦相對論，沒有什么（傳遞信息）的速度是可以超過光速的。

所以在1935年，愛因斯坦描述了一個思想實驗，并認為它可能會終結“實在僅僅是‘被強加的’或者僅在測量時才會有”這個說法。這個思想實驗就是EPR思想實驗（通常被稱作EPR佯謬），用愛因斯坦（Einstein）和他的兩個合作者鮑里斯·波多爾斯基（Podolsky）與納森·羅森（Rosen）的名字命名。EPR佯謬設想了這樣一個情形：放射性的“母粒子”裂變后得到兩個粒子，這兩個粒子的各種屬性，包括速度、自旋和電荷等都是相關聯的。比方說，在遙遠的太空有一個電中性的放射性“母粒子”裂變得到兩個“子粒子”，分別是帶負電的“莫利”和帶正電的“瓊”。這兩個粒子帶著等量相反的電荷，向相反的方向飛走，但是我們不知道具體哪一個粒子選的哪條路。瓊可能來到了皮奧里亞，而莫利則去了半人馬座α星。在經典物理學中，結果往往是非此即彼，但是在量子理論當中，量子態實際上可以用一種不確定的混合態來描述，即“糾纏態”：

（瓊→皮奧里亞，莫利→半人馬座α星）＋
（瓊→半人馬座α星，莫利→皮奧里亞）

兩個或更多個可能狀態相加（或“疊加”）可產生一個“混合的”或“疊加的”狀態，這種特性正是量子理論標志性的特征，即享受著同一時間占據所有可能狀態的特權。[13]在對系統進行明確的測量之前，我們不知道兩種可能狀態中到底哪一個才是真實的狀態。由此可見，量子態可以在瞬間發生改變以呈現出測量的結果。

所以，這就會導致一個非常詭異的事情發生：當我們測量到達皮奧里亞的粒子的電荷時，我們會瞬間知道到達半人馬座α星的那個粒子的帶電情況，并且完全不用去測量那個超出我們航行范圍的遙遠星際處的實際情形。也就是說，如果我們在皮奧里亞觀察到了瓊，我們便瞬間知道到達半人馬座α星的是莫利。之前跨越整個宇宙的糾纏態瞬間改變了，或者說是“坍縮”了，變成了一種“純態”：

（瓊→皮奧里亞，莫利→半人馬座α星）

既然量子理論允許有兩種情形存在并且僅僅給我們指出了每種情形發生的概率，所以結果也完全可能是另一種情形（莫利→皮奧里亞，瓊→半人馬座α星）。

有人會說其實即便認可經典物理的正確性，我們同樣也能有相同的發現。但是在經典物理中，觀察行為并不會帶來狀態的改變，也就是說，我們只是突然知道了這個經典物理中的真實狀態是什么狀態。經典的物理態從來不可能是混合的狀態，它們有確定的實在。當觀察一個經典的物理態的時候，只有我們自己的認識發生了改變——從未知變已知。然而在量子理論中，一旦我們去測量系統時，瓊和莫利的真實的物理態（或者說是波函數）就突然改變了，這個改變是瞬時的，并且可以跨越整個宇宙，這才是不同于經典態的全新的量子態。

在愛因斯坦看來，這意味著信息傳遞必須瞬間跨越整個宇宙，至少是從皮奧里亞到半人馬α星，而這違反了自然界信息傳遞速度不能超過光速的原理。據此，愛因斯坦肯定會向玻爾說：“這下你完了吧！”

對玻爾的量子力學解釋而言，這確實是一種極具殺傷力的反駁。既然瓊的位置可以通過測量莫利而無須直接測其本身而獲知，這兩個粒子的屬性是相關聯的并由最初的放射性粒子的量子態決定，那么到達半人馬座α星的粒子的屬性必須也應該是實在的。然而玻爾認為，在測量發生之前對粒子而言并不存在一個確定的屬性。由于存在這種通過本地測量來決定遠處屬性的現象，所以愛因斯坦得出推論，認為量子力學意味著某種“鬼魅般的超距作用”；而且，玻爾的解釋暗示可以有信號傳遞得比光速還快，因此量子理論是不完備的或者有瑕疵的。正是這類問題，導致諸如普朗克、德布羅意、薛定諤和愛因斯坦等物理學家拒絕接受量子理論。

這個EPR思想實驗是否是插入量子理論心臟的一把利劍？顯然不是！量子理論仍然在我們身邊且非常好用，而且恐怕是迄今為止科學史上最成功的理論。那么取得勝利的量子物理又是怎樣回擊愛因斯坦強有力的攻辯呢？本質上來說，EPR佯謬的潛臺詞是“是的，物質的態確實重置”（或者說，“坍縮”為兩個可能的態中的一個），這一切瞬間發生，并可以穿越整個宇宙。但是，你用盡渾身解數都無法設計一個實驗，去揭示由鬼魅般的超距作用所帶來的任何結果。沒有任何信息能以超過光速的速度傳送到半人馬座α星，那里的觀察者只有觀察到誰來了才知道：“哦，原來是莫利來了”。同樣，觀察者在進行測量之前也不會意識到糾纏量子態坍縮為一個特定的態。因此EPR思想實驗沒有違反“自然界的因果關系”，因為信號的速度低于或等于光速。玻爾說過，實在仍然受制于測量行為，他還說：“任何沒有被量子理論震驚的人肯定是還不懂它的人”。[14]

讓人略微欣慰的是EPR佯謬帶來的困惑似乎僅限于那朦朧而遙遠的原子世界，一個牛頓定律不再適用的地方；但我們似乎也不能高枕無憂，畢竟我們全部是由原子構成的……