解读《上帝掷骰子吗》9、黯淡了刀光剑影，远去了鼓角争鸣

上期节目我们说到，薛定谔用一个巧妙的思想实验，把看不到的微观世界的量子效应，放大到日常世界，用荒谬的又死又活的猫来攻击量子论。

同时哥本哈根解释无法定义观测者，人观测可以造成波函数的坍缩，那猫为什么不行？沿着这条路往下走，我们就会与说不清道不明的意识纠缠不清。还有，坍缩也是对实验结果的强行解释，并不符合薛定谔波动方程的演化方向。

为了解决上述的麻烦，物理学家们提出了惊世骇俗的多宇宙理论。真实的宇宙对我们来说一个无法理解的，极高纬度的存在。它严格按照薛定谔方程演化。我们所观察到的一切，其实是真实宇宙在我们这个低纬世界的投影。

薛定谔方程每一个可能的解，都对应了一种投影，一切可能发生的事情，都在某个世界真实的发生了。

根本哈根与多宇宙谁是真理呢？检验的方法竟然是一个更加疯狂的量子自杀实验。在人择原理的支撑下，如果多宇宙理论是正确的，那么作为主观的我来说，是无法被杀死的，我总是能活在我必然会活着的那个宇宙当中。但是实验的结果也只对我自己有意义。多宇宙无法相互干涉，我也没法把它公之于世。

讲到这里，我已经感觉脑洞开得比我自己的脑袋还要大了。今天我们还要聊量子论中的最后一个奥义，量子纠缠。故事还是要从爱因斯坦说起。

EPR佯谬

之前我们说，爱因斯坦坚决捍卫经典物理的世界观，从量子论的奠基人变成了其反对者，两次在索尔维会议上与玻尔互掐，可惜都落了下风。

爱因斯坦发现看来要打倒量子论没有这么容易，于是调整了策略，不再说量子论是错误的，而说它是不完备的。之所以我们看到量子系统表现出的不确定性，那只因为有隐藏变量我们没有发现，没有掌握。

比方说我们看到筛子的点数是随机的，但其实背后有一个武林高手在吹气，控制着筛子的点数。我们功力太浅，肉眼凡胎，发现不了这个武林高手，所以才觉得筛子是不确定的。如果我们能找他，把他考虑进去，那就没有什么随机可言了。

这个躲在背后的武林高手就是爱因斯坦所说的隐变量，找到他，那世界就不再是随机的，而是确定的，可预测的。

在两次失利之后，爱因斯坦准备提出第三次反驳，这一次他还找来了两个帮手，都是他在普林斯顿大学的同事，一个叫波多尔斯基，一个叫罗森，连同爱因斯坦，三个人姓氏的首字母分别是EPR，因此他们为了论证量子论不完备性所提出的这个悖论就叫做EPR佯谬。

怎么理解EPR佯谬呢？

我们可以通过一个比喻来简单描述一下。同学们想象一下有一双手套。既然是一双，那肯定是一左一右。现在我把两只分开，一只寄到北京，一只寄到上海。我寄出的时候完全没注意，我自己都不知道是左手套还是右手套寄到北京，哪一只寄到哪里是没人知道的。

但是按照我们的生活常识，手套在寄出的那一刻，是左是右就已经确定了。虽然我不知道，我没注意，但是上帝一定是知道的。

可是量子论对此不是这样认为的，量子论认为寄出的两只手套是不确定的，是处于左右叠加态的。只有寄到北京和上海之后，在打开盒子的一刹那才能确定他是左还是右。可是别忘了，这两只手套原本是一对，这意味着当寄到北京的盒子被打开，看到的是右手套的那一瞬间。上海的盒子就算没有打开，也已经决定了其中的必然是左手套。

问题出现了，一只手套的确定就决定了另一只手套的左右。如果两个箱子离得非常非常远，远到一个在火星，一个在海王星。发现火星上是左手套的一瞬间，海王星上盒子里的手套才从左右叠加态，坍缩为右手套。关于左右的信息是如何在如此遥远的距离之间瞬间传递的呢？

按照相对论，任何信息的传递速度都不可能超过光速，那这个超距作用怎么解释？一个盒子打开怎么决定另一只手套的左右的呢？

因此爱因斯坦提出质疑，只要我们还承认宇宙中不可能有超过光速的信息传递，那么这两只手套就一定是在寄出的时候就已经确定了。只不过在寄出的时候我们没有发现，才在打开盖子的时候大惊小怪。
这就是所谓的EPR佯谬。

什么叠加态，不确定性都是不完备的解释，我们要去找寻背后的隐变量，等我们找到了，就会发现世界还是符合经典物理规律滴。

量子纠缠
爱因斯坦在发表了EPR佯谬之后，引发了物理界的热烈讨论。为了解释这个悖论，量子论的支持者提出了一种比叠加态更加奇妙的量子性质，也就是量子纠缠。

就用手套来理解，因为手套是一对，所以必然是一只左，一只右。看到一只是左，另一只不用看也就知道是右。他们两个有高度的相关性，这叫做两只手套处于纠缠态。

在微观世界中，比如一个基本粒子π介子，它的角动量为0。在衰变之后会得到一个电子和一个正电子，这个时候两个粒子就处于纠缠态。因为角动量守恒，那么两个新粒子中，一个的角动量向上，另一个的则必然向下，他们两个必然相反。但是在观测之前，没人知道哪一个向上，哪一个向下。两个粒子都处在向上与向下的叠加态。

玻尔认为，爱因斯坦的质疑并没有太大的杀伤力，因为爱因斯坦是用经典物理的视角来看待手套，那当两只手套分别寄出之后，当然应该被看作是两个完全独立的个体。

但是站在量子的角度就不应该这么看，应该是手套在寄出之后，被开箱观测之前，都必须被看作是一个整体。就算两只手套被装在箱子里，都各自寄到了宇宙的两端，也依然是一个整体。这并没有违背相对论信息不能超光速的设定。

有人就设想，是不是可以利用量子纠缠超距离传递信息。假如我是三体人在地球的内应，地球与三体星距离4光年，我们事先将两个处于纠缠态的粒子，一个放在地球，一个放在三体星，地球上粒子状态为1，那另一个就必然状态为0。我们商量好了，由我在地球发动起义，1表示我成功了，0表示我失败了。这样一来不就可以让信息能跨越4光年的距离瞬间传递了吗？

但量子还有该死的叠加态，虽然两个粒子相互纠缠，就算我革命成功了，我来观测地球上的粒子，它不一定就坍缩成0，如果它坍缩成1，另一边三体人得到的信息就是0。那我就不传递了一个完全相反的错误信息了吗？

所以说，量子纠缠并不能超光速传递信息，它并没有反对相对论。

爱因斯坦提出EPR佯谬后不久便离开了人世，一个叫做贝尔的英国物理学家，他是爱因斯坦的忠实追随者，他也不喜欢哥本哈根解释中的概率与随机性，赞同爱因斯坦的隐变量理论。

经过研究，他提出了名垂千古的“贝尔不等式”，贝尔不等式的数学意义和推导我们不做过多的解释，主要是我也不懂，说也说不清楚。只需要知道他的出现，让实验验证EPR佯谬与量子纠缠成为可能。它能对我们这个宇宙的终极命运做出最后的裁决。

一直到了1982年，一位法国科学家所领导的科学团队，第一次作出了比较完整的关于贝尔不等式的检验实验。它的意义甚至可以与之前的迈克尔逊莫雷实验相提并论。

这时，爱因斯坦和玻尔早就离开人世了，如果他们两个神灵不昧，一定也在天国注视着这场试验。

最终实验的结果，完全符合量子论的预言。

爱因斯坦认为存在所谓的隐变量，量子纠缠不存在。但是实验的结果却证明两个纠缠的粒子哪怕远在天边，也保持着高度的相关性。

而就在不久之前，2015年10月，在荷兰进行了有史以来第一次对贝尔不等式的无漏洞验证实验。他们把两个金刚石色心放置在相距1.3公里的实验室，并以高达96%的测量效率检验了两者之间的纠缠。在严格的条件之下，量子论仍然获胜。我们最后的一丝怀疑都被消除，此后贝尔不等式正是更名为贝尔定律。

贝尔不等式并没有像贝尔期待的那样，斩断量子论的光辉，反而是击碎了爱因斯坦所执着关于经典物理世界的梦想！

黯淡了刀光剑影，远去了鼓角争鸣，爱因斯坦与玻尔长达半个世纪的论战硝烟散尽，量子论笑到了最后，只可惜爱因斯坦与玻尔早已作古。如果他们活到今天不知道会表达什么样的看法呢？我们似乎听到在遥远的天国，那段经典的对白仍然在不停的重复：

“玻尔，亲爱的上帝是不掷骰子的！”“爱因斯坦，你别去指挥上帝怎么做！”

现在，我们可以狂妄的用尼采的方式来宣布：爱因斯坦的上帝，已经死了！我们的故事讲到这里，也就接近尾声了。

通过9期节目，我们一起看到，量子论从诞生以来，经历了无数的风雨，就连爱因斯坦，薛定谔这些最伟大的物理学家都曾向他猛烈的开火，试图从根本上颠覆它，但这，却让量子论的光辉显得更加的耀眼夺目。

从实用的角度来说，量子论是有史以来最成功的理论，它不仅远超麦克斯韦的电磁理论，甚至超越了牛顿的经典力学。

他的出现，彻底改变了世界的面貌，比史上任何一种理论都引发了更多的技术革命。核能、计算机技术、新材料、能源技术、信息技术……

如果要评选20世纪哪个事件最深刻的影响了人类社会，那毫不夸张的说，既不是两次世界大战，也不是共产主义运动的兴衰，更不会是联合国成立，女权运动、人类探索太空等等，都不是，而是量子力学的创立与发展。

许多人喜欢比较20世纪齐名的两大物理发现，相对论和量子论，争论他们究竟谁更伟大，其实所谓的伟大往往不具有可比性，正如人们争论李白与杜甫，莫扎特与贝多芬，罗马帝国与大汉王朝谁更伟大一样。

但是，如果仅从实用性的角度而言，我们到可以毫不犹豫的说，是的，量子论更加有的有用。

也许我们仍然不能从哲学意义上去真正理解量子论，但它依旧无可限量。虽然我们有时候还会偶尔怀念经典时代，怀念那些因果关系一丝不苟，宇宙的本质简单易懂的日子，但这也仅仅只是一种怀念罢了。

正如电影《乱世佳人》的开头不无深情地说：“曾经有一片属于骑士和棉花园的土地叫作老南方。在这个美丽的世界里，绅士们最后一次风度翩翩地行礼，骑士们最后一次和漂亮的女伴同行，人们最后一次见到主人和他们的奴隶。而如今这是一个只能从书本中去寻找的旧梦，一个随风飘逝的文明。”虽然有这样的伤感，但人们依然还是会歌颂北方人最后的胜利，因为我们从他们那里得到更大的力量、更多的热情，还有对于未来更执着的信心。

量子论就是这么奇妙，它听上去是那么匪夷所思，甚至疯狂到不可理喻，有很多观点至今都还在争论。但他切切实实的改变了我们看待和理解这个世界的方式，也改变着我们所处的世界。

好了，解读《上帝掷骰子吗》这个系列终于是结束了，物理这个课题对我来说确实挺难的，每期节目做起来都异常的吃力，花费的时间也比较长。因此节目中肯定存在诸多的表达不够严谨和准确的地方，就还请同学们能多多包涵。

这本书讲完，我自己心里面其实也蛮开心的，算是又完成了一个小小的挑战吧，又在一个陌生的领域点亮了一盏灯，又收集到了一片精美的世界拼图。希望这次的旅程，你也喜欢。

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