量子纠缠有一个简单的类比,就是拿一张出钞票,把它分成两半,然后把它们分别放入两个信封里。然后用火箭向相反的方向发送两个信封。火箭最终可能会相距一光年,有人打开其中一个信封,他立刻就知道另一枚火箭携带的是哪一半了。

量子纠缠是一种非局部理论。这意味着纠缠与所谓的“局域实在论”是不相容的。

爱因斯坦的局域实在论是局部性原理(光速限制的因果关系)与假设的结合,这种假设是:对于任何可能的度量,一个粒子必须客观地有一个预先存在的值(即一个真实值),即在测量之前存在的一个值。

所以要把这和你的问题联系起来,局部理论是基于两个假设的。一种假设是,没有什么能比光速传播得更快。既然纠缠是一种非局域理论,表示这必然意味着某些东西能比光的速度传播得更快?

对这个问题的简短回答是不一定,从逻辑上讲,这意味着局域实在论的全部假设是不真实的。这会很令人惊讶,因为局域实在论的假设似乎是非常的合理。但是量子力学令人惊讶的发现之一是第二个假设,假设一个粒子必须客观地有一个预先存在的值,这是主要的问题。

哥本哈根解释说,粒子的价值是通过测量的行为而产生的。也就是说,在测量之前,一个量子粒子(例如电子)实际上是以多种状态存在的,而量子粒子的测量行为实际上“导致”量子粒子所有其他状态崩溃的可能性,而只有测量态保持不变。因此,局域实在论的第二个假设似乎是一个可疑的假设。

正是因为哥本哈根的解释在爱因斯坦看来似乎不合理,才促使他(与波多尔斯基和罗森一起)在1935发表了一篇关于量子纠缠的论文。具有讽刺意味的是,约翰·贝尔(John Bell)和其他人所做的工作,证实了看似有违直觉的哥本哈根解释是一种更具预见性的理论,而不是假定一个预先存在的状态和一个隐藏的变量。换句话说,测量行为带来了一种特殊的存在,这种特定的存在对于纠缠系统的所有部分都是真实的。在测量之前,纠缠系统存在于几种不同的状态中,测量后,纠缠系统的所有部分都只存在于测量所揭示的状态中。

爱因斯坦经常因对量子物理学持怀疑态度而受到批评,因为他拒绝接受测量的观点,而量子系统的其他状态的崩溃是正确的。但是,正如EPR悖论提出的量子纠缠所表明的那样,持怀疑态度在很大程度上是科学家的职责。因此,爱因斯坦的怀疑实际上是富有成效的,正是科学家应该具备的。

上面例子中钞票并不是量子态,因为你可以“看”它,确定它是哪一半,而不需要改变它。如果你测量一个量子态,如单个粒子的自旋或偏振,当你测量它时,你会改变它。只有在测量之后,你才能知道它是什么。

你不能以光的速度加速物体,而以光的速度运动的物体没有静止的质量。这意味着信息不能比光速更快的速度传播,量子纠缠可以用来进行保密通信,但这种通信方式仍然受到光速的限制。

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