量子力学作为物理上的前沿理论，一直被人们津津乐道，甚至有人把它当做噱头来招摇撞骗。

Tips：量子力学Quantum Mechanics，为物理学理论，是研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支，主要研究原子、分子、凝聚态物质，以及原子核和基本粒子的结构、性质的基础理论。

比如说近年被曝出来的量子波动速读，就骗孩子家长说，书和人的大脑会有量子纠缠，所以根本不用老老实实看，只要快速翻书，这些知识就会自动进入大脑里面。

甚至有些人言之凿凿，说量子纠缠其实就是心灵感应，这也证明了灵魂的存在。甚至有些不严谨的科普文章也说，利用量子纠缠原理，人类就可以实现瞬间移动。

Tips：当几个粒子在相互作用后，由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质，无法单独描述各个粒子的性质，只能描述整体系统的性质，这现象为量子纠缠quantum entanglement。

这些奇奇怪怪的言论中，都围绕着一个神秘的物理名词，“量子纠缠”。这到底是什么样的现象？为什么会被人吹得那么玄乎呢？这期视频我们就来好好讲讲。

什么是量子纠缠？

想要说清楚量子纠缠，我们需要先解释一个概念，也就是不确定性原理。它由物理学家海森堡于1927年提出，也被我们叫做测不准原理。

Tips：不确定性原理，是指你不可能同时知道一个粒子的位置和它的速度，这表明微观世界的粒子行为与宏观物质很不一样。

这在宏观之中简直是违反常识的存在。观察一辆在马路上行驶的汽车，你可以非常轻松地测出它在瞬间的位置和速度。比如说用雷达装置，通过雷达波反射回来的时间，你就可以确定汽车距离你有多远，只要再测一次，就可以知道它行驶的方向和速度。哪怕用肉眼观察，也就是用光来观测，我们依旧可以得到结果。

但是，当我们把视角放到微观层面的时候，我们却再也没有办法精确的测量和预言它接下来的运动轨迹了。这是为什么呢？

Tips：粒子particle，是指能够以自由状态存在的最小物质组成部分。最早发现的粒子是原子、电子和质子，1932年又发现中子。它们比起原子来是更为基本的物质组分，于是称之为基本粒子。

想要观察和测量任何东西，我们只能通过间接的手段。比如说想看到一样东西，你必须有光照在它的上面，再反射回来被我们看见。想研究一个东西是带正电还是带负电的，我们就需要用到磁场，观察它在磁场中的运动方向。这在宏观世界中没什么问题，因为它们又大又重，光不可能把汽车怎么样。

但是在微观世界中，粒子却会被光撞得到处乱窜。这会导致一个现象，就是当你想要精确测量一个粒子的位置时，你需要用波长短的光波，这样光反射的范围小，可以测出比较精确的量。但因为光的波长短，所以施加在粒子上的力不均匀，导致它的运动被扰动的可能更大，你便无法同时测量出这个粒子的速度。

Tips：激光测距仪Laser rangefinder，是利用调制激光的某个参数实现对目标的距离测量的仪器。激光测距仪测量范围为3.5~5000米。

如果你想精确测量粒子的速度，就需要波长长的光波，这样可以在不扰动的情况下判断出它的运动轨迹，但是同时，因为波长长，它的精确位置就会出现误差。结果就是，在测量一个粒子的运动状态的时候，你永远不知道它究竟是在误差范围内的何处，做着这样的运动。

于是，我们描述量子世界中的粒子，只能用一个不确定的概率来表述，这个概率被我们叫做波函数。当我们想要去测量它真正的位置时，这个波函数便会塌缩，变成一个精确的值。

Tips：波函数其实是量子力学中的一个假设，是量子力学中最为基础的概念，贯穿于整个量子力学的始终。波函数的含义主要包括两点：有限性和离散性。

这些听起来似乎没有什么问题，因为本来就测不准，所以用概率表述粒子的位置有何不可呢？但是，这样表述世界其实特别怪异。就好比，我们不去看一个东西的时候，它存在的状态就是纯概率性的，他可能在左边也可能在右边。只有你去观测了，这个概率才会变成一个确定的值。也就是说，一个粒子的状态，取决于我们到底有没有在看它。

你能想象，当你不看月亮的时候，它其实是在天空中不停地反复横跳吗？不！你当然无法接受，一些学者也不愿意用概率去表述微观粒子的运动。粒子不可能是飘忽不定的，只是因为我们测量的技术不到位罢了。

Tips：薛定谔的猫是一个思想实验，试图从宏观角度阐述微观世界中量子叠加原理的问题，把微观物质在观测后是粒子还是波的存在形式和宏观的猫联系起来，求证观测介入时量子的存在形式。

其中最著名的就是薛定谔提出的思想实验，薛定谔的猫。如果说测不准原理是正确的，那么我们把一只猫和随时都有可能触发的致命装置关在一个箱子里，那么这只猫就处于生死叠加态之中，既生又死。只有你打开盒子去看它，它才有可能是死的或者活的。

尽管有这样的反对，部分学者依旧坚持测不准原理，认为这就是事实。这便是哥本哈根学派，他们就愿意这么承认，薛定谔的猫在盒子里就是处于生死叠加态，是人的观测导致了波函数的塌缩。当然，这不是因为他们就是喜欢睁着眼睛说瞎话，而是因为这些学者认为，微观粒子的本质，其实是不停震动的能量弦。

Tips：弦理论，是理论物理的一个分支学科。弦论的一个基本观点是，自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的点状粒子，而是很小很小的线状的“弦”。

这些能量弦震动的频率不同，因此有的构成了电子，有的构成了夸克，有的构成了光子等等。所以测不准原则并不是我们的测量技术太差，而是因为微观粒子本身就是波，本来就测不准。这，就是弦理论。如果单从这个方面来看的话，弦理论好像只是把测不准原理当做事实，继而引申出来的怪异理论。

但是，这个学说既无法推翻，还比爱因斯坦的相对论，更适合解释量子物理。甚至有可能完成爱因斯坦的毕生梦想，也就是把微观粒子中存在四种相互作用力，统一起来完成大一统理论。这个大一统理论如果完成，将会是人类探索物质世界本质的终极理论，是物理学界人人垂涎的圣杯。

Tips：引力相互作用，电磁相互作用，强相互作用，弱相互作用这四种相互作用被称作自然界的基本相互作用力。

因此，哥本哈根学派，反而有很多人支持。

不过，爱因斯坦这类坚决反对测不准原理的学者绝对不会善罢甘休，于是，他们把目光放在了哥本哈根学派难以解释的一个现象上，也就是量子纠缠。1935年，爱因斯坦、波多尔斯基和罗森联合发表论文《物理实在的量子力学描述能否认为是完备的？》。在这篇论文里，他们设计了一个思想实验。

在微观世界中，一些粒子在相互作用之后，就会出现于“纠缠现象”。比如说某物质衰变放出一个电子和正电子，因为原本是从一个系统中分离出来的，所以它们之间的运动方向是相反的，合力为零。但具体谁向左自旋谁向右自旋，在观测前谁也不知道。

Tips：物理学家将镱-171原子云与从周围镜子反射的光子流连接在一起，并测量了它们微小摆动的时间。结果表明，以这种方式纠缠原子能加快原子核钟的计时过程，比以往任何时候都更精确。

在爱因斯坦的解释中，这种现象就像把一副手套放进两个盒子里，左手和右手一开始就是确定的。只要你打开一个盒子，看见手套是左手的，那么另一个盒子里一定是右手的。

但这件事让哥本哈根学派解释起来，就有点诡异了。按照他们的理论，在我们观测之前，盒子里的两只手套处于叠加态之中，也就是在左手和右手间反复横跳。当我们打开一个盒子，被观测的手套波函数塌缩，变成了一只左手或者右手手套。结果，这只被观测的手套，用某种神秘的方式通知了另一只盒子的手套：嘿！我是左手了，你应该变成右手！

Tips：波函数坍缩指的是某些量子力学体系与外界发生某些作用后波函数发生突变，变为其中一个本征态或有限个具有相同本征值的本征态的线性组合的现象。

那么问题来了，这两只盒子里的手套，是怎么相互串通的呢？

这个神秘的串通方式，被学者叫做“超距作用”，因为它完全无视所有物理法则，甚至可以超越光速。而在爱因斯坦的相对论中，光速是任何物体速度的极限，并不存在可以超越光速传递信息的东西。所以哥本哈根学派完全是错误的。

Tips：相对论是关于时空和引力的理论，主要由爱因斯坦创立，依其研究对象的不同可分为狭义相对论和广义相对论。相对论和量子力学的提出共同奠定了现代物理学的基础。

这下尴尬了。要么哥本哈根学派是错的，要么爱因斯坦的相对论是错的。两派唇枪舌战，但谁也不能说服谁。爱因斯坦坚决认为微观粒子是确定的，根本没有随机和概率。而波尔认为这个思想实验根本站不住脚，在装上盒子的时候，波函数就因为装盒子这个动作而塌缩了。

Tips：1921年，在著名量子物理学家玻尔的倡议下成立了哥本哈根大学理论物理学研究所,由此建立了哥本哈根学派。该学派在创始人玻尔的带领下对量子物理学有着深入广泛的研究。

这个争论一直持续到爱因斯坦死后，到了1964 年，约翰·贝尔终于为实验学家们提供了一种可行的量子力学检验方法。

之后，有学者通过实验进行验证。把处于纠缠态的两个光子发射到不同的地方，并且在同一时间用偏振镜检测。结果发现，这对纠缠态的光子，确实在相互串通，而且速度超越光速。这种现象，被学者称为超距作用。

Tips：超距作用action at a distance，在物理学里，指的是分别处于空间两个不毗连区域的两个物体彼此之间的非局域相互作用。

为了让测试完全脱离人的观测影响，用随机的方式验证，科学家尝试了非常多的方法。比如在2016 年 11 月 30 日，学者研制了一个小游戏，让大约10万名玩家在游戏中生成了近 1 亿个随机数字，这些数字被传给了全球各地的 13 个不同版本的贝尔实验进行试验。结果都证明量子力学是正确的。

到最后，学者甚至直接观测遥远星系恒星发射的光，把它们处理成随机信号对量子纠缠进行验证，结果发现，这个超距作用，速度至少比光速快一万倍！那么问题来了，相对论真的被推翻了吗？

为什么量子纠缠比光还快？

其实，现在的哥本哈根学派并不认为处于纠缠态的两个粒子之间真的存在沟通和联系，他们会像串通好的一样，是因为波函数塌缩导致的现象，其中并没有传递信息。所以，我们既不能用量子纠缠来传递信息，也无法用它瞬间移动。所以量子纠缠当然也无法解释第六感、灵魂这类狗屁不通的东西。

Tips：量子通讯一般指量子通信。量子通信是利用量子叠加态和纠缠效应进行信息传递的新型通信方式，主要分为量子隐形传态和量子密钥分发两种。

也许有人会问，既然量子纠缠其实没有传递信息，那么所谓的量子通讯又是怎么回事呢？其实量子通讯并不是让信息传递超光速了，而是让信息加密，变得无法破解。

在过去，我们使用通讯卫星传输信号，为了防止有人窃听，我们会用一套密码给信号加密，非常类似于过去的摩尔斯电码，不过要高级一些。不过这种人工编造出来的加密方式依旧有规律可循，只要找到其中的规律，再用电脑暴力破解，哪怕是再强的密码系统都有可能被破解。

Tips：摩尔斯密码一般指摩尔斯电码。摩尔斯电码也被称作摩斯密码，是一种时通时断的信号代码，通过不同的排列顺序来表达不同的英文字母、数字和标点符号。

但是用量子纠缠态的光子来加密，生成的密码本就完全是随机的，在观测之前甚至连自己都不知道密码是什么样子，又何谈破解呢？

比如说，让卫星保留一些随机运动的粒子，地面接受者保留一些纠缠粒子。一开始，卫星观测这些粒子。它是左旋的时候标记为1，右旋的时候标记为0，就可以得到一串加密匙，之后把加密好的信息传给接收者。接收者自己观测粒子，也能得到密码匙，反向解密就可以得到真正的信息。

因为这些纠缠态的粒子，运动一直都是随机的，所以根本没有规律可循，所以就根本没有办法破解了。

结语：

相信通过上面的介绍，大家已经明白所谓量子纠缠到底是怎么回事了。量子纠缠，不过是我们观测微观世界时发现的一个现象，它并不能证明灵魂，也没有超越光速，推翻相对论的本事。

Tips：《奇异博士》是一部奇幻动作电影。该片讲述了神经外科医生史蒂芬·斯特兰奇在一次车祸中失去了双手的能力，最后在古一法师的帮助下让他成为了拥有超凡魔力的奇异博士。

大家也千万不要相信民间兴起的什么量子技术，人的大脑里，就算有和外界偶合的纠缠态粒子，我们靠思想也绝对不可能改变什么，比如最近网络上曝出的“熟鸡蛋反生”，根本就是子虚乌有的骗局。只要真正理解这些概念背后的科学原理，你就不至于上当受骗。