——小析“疊加態”“量子糾纏”科普中的一些誤區

文／陳思進

在《量子力學並沒有否定客觀世界》（《科普時報》2018年2月9日第3版）的文章中，最後引用了李淼先生的一句話：“量子力學的世界是個神奇的世界，這個世界再神奇，也不會神奇到沒有意識就不存在。它只是告訴我們，一個粒子可以處於不同位置的疊加態中，甚至任何物體可以處於不同位置的疊加態中。”

細心的讀者或許會產生疑問，不是上文的開頭就談到：“像人體、貓這樣的宏觀經典世界，迄今爲止，並沒有發現它們也具有疊加態”，那麼爲什麼李淼先生又說：“任何物體可以處於不同位置的疊加態中”呢？

這個問題提得太好了，這恰恰就是量子力學的“魅力”，要是不那麼反覆燒腦、不斷地“劇情反轉”，也就不是量子力學了。

就着這個問題，正好再進一步說明一下，量子力學最大的特點是，一旦一個系統足夠大時，這個系統的表現至少“看”上去，與經典的古典物理系統一樣。比如之前的那個“薛定諤的貓”，儘管從量子力學的理論去觀察，這個“貓”可以同時處於生和死的疊加態。

但是，由於“貓”太“大”了（相對量子力學所解釋的系統而言），“貓”通過呼吸和空氣發生了作用，即“貓”和外界接觸了。那麼，“貓”肯定會要麼生，要麼死，不會同時處於生和死的疊加態。

在量子力學中，這種現象就叫做Quantum decoherence（量子退相干），即一個系統如果和一個特別大的系統接觸後，會立刻選擇一個我們熟悉的古典狀態，而不再同時處於兩個量子態的疊加之中。

接下來，再談一下在量子力學中與疊加態交替使用、形影不離的另一個詞——“量子糾纏”。其實，跟“疊加態”一樣，“量子糾纏”也是在量子力學科普中最容易被誤解誤讀的，特別在社交媒體中，借科普“量子糾纏”夾帶私貨，經常刷屏，誤導大衆。

量子糾纏的基本定義是：在量子力學裏，當幾個粒子在彼此相互作用後，由於各個粒子所擁有的特性已綜合成爲整體性質，無法單獨描述各個粒子的性質，只能描述整體系統的性質，這種現象被稱爲quantum entanglement（量子糾纏）。

量子糾纏的現象聽上去很神奇，號稱“The God Effect”（上帝效應），有違我們日常生活的經驗。不過實際上，量子糾纏和量子疊加態一樣，量子糾纏也只是一種純粹發生於量子系統的現象，在經典力學裏，找不到類似的現象。雖然很神奇，但並不神祕，它也與“疊加態”一樣，只是維爾納·海森堡“不確定性原理”（見注）的邏輯必然，是完全可以被理解的。

維爾納·海森堡

目前，物理學家們還沒有達成共識的，只是量子糾纏物理過程發生的細節，而對這個現象本身已經沒有爭議了。此外，量子糾纏現象可以用來實現量子的隱形傳態。必須注意的是，“量子隱形傳態”這六個字的每一個字，都有準確的含義，是不可隨意更改的。

我們可以把量子態從這一地點，傳輸到另一地點，但是請注意，第一，只能是傳輸，而不能複製；第二，傳輸不是瞬時的，依然有光速極限，不過，它的“好處”在於可以達到光速。這樣的話，從理論上來說，把一個人以光速從此地傳輸到另一個地方，準確地說是把一個人在本地銷燬，然後在另一個地方再重建。

這聽上去又好像神奇的幻想小說，可完全不違揹物理法則。只是從實現的角度來說，目前還看不到何時能夠實現。不過，人類科學的發展速度是按幾何級數進展的，眼下看似只是科幻小說中的橋段，很可能在幾十年後就實現了。

最後提一下，平行時空、量子的隱形傳態等，也正是我創作的科幻小說中的主要科幻點，希望這部小說能早日搬上銀（熒）幕！

（注：我在《量子力學並沒有否定客觀世界》文中提到的：不確定性原理聽上去很神奇，其實也完全不神祕，它也是某些成對出現的物理量，術語叫共軛物理量的邏輯必然。不確定性原理是普適的原理，不管在微觀世界還是宏觀世界。只是不確定性原理有明確的數學法則，這個法則告訴我們，質量越大、體積越大的物體，不確定性就越小。於是，任何肉眼可見的物體，它的不確定性已經小到完全可以忽略不計了。）