鬼魅般的超距作用

阿尔伯特·爱因斯坦进一步强调：“我真的不敢苟同（量子理论），因为它不能和这样一个想法和平共处，即物理应该描述的是时间和空间的实在，而没有鬼魅般的超距作用。”[12]

爱因斯坦认为他找到了量子物理基本原理的一个致命的缺陷，而量子物理的支持者（尤其是玻尔）坚信一个粒子的各个属性在我们测量它们之前根本没有真正的客观实在。对爱因斯坦而言，“不测量便不存在”的观点是荒谬的。在他看来，粒子是客观存在的，并且具有像位置、速度、质量和电荷这样的属性，即便在我们没有观察它们，甚至在我们还不知道这些值表示什么意思的时候。他只同意这样一个常识性的想法，就是测量一个很小的粒子的时候会干扰到它，并且会引入一些未知的改变。在整个宇宙中，量子态一经测量便会突变（见第7章注释[8]），这个概念会指向另一个观点，那就是信号（信息）从某种意义上说允许远距离瞬间传递，速度可以比光速还快，而这显然是不可能的。根据爱因斯坦相对论，没有什么（传递信息）的速度是可以超过光速的。

所以在1935年，爱因斯坦描述了一个思想实验，并认为它可能会终结“实在仅仅是‘被强加的’或者仅在测量时才会有”这个说法。这个思想实验就是EPR思想实验（通常被称作EPR佯谬），用爱因斯坦（Einstein）和他的两个合作者鲍里斯·波多尔斯基（Podolsky）与纳森·罗森（Rosen）的名字命名。EPR佯谬设想了这样一个情形：放射性的“母粒子”裂变后得到两个粒子，这两个粒子的各种属性，包括速度、自旋和电荷等都是相关联的。比方说，在遥远的太空有一个电中性的放射性“母粒子”裂变得到两个“子粒子”，分别是带负电的“莫利”和带正电的“琼”。这两个粒子带着等量相反的电荷，向相反的方向飞走，但是我们不知道具体哪一个粒子选的哪条路。琼可能来到了皮奥里亚，而莫利则去了半人马座α星。在经典物理学中，结果往往是非此即彼，但是在量子理论当中，量子态实际上可以用一种不确定的混合态来描述，即“纠缠态”：

（琼→皮奥里亚，莫利→半人马座α星）＋
（琼→半人马座α星，莫利→皮奥里亚）

两个或更多个可能状态相加（或“叠加”）可产生一个“混合的”或“叠加的”状态，这种特性正是量子理论标志性的特征，即享受着同一时间占据所有可能状态的特权。[13]在对系统进行明确的测量之前，我们不知道两种可能状态中到底哪一个才是真实的状态。由此可见，量子态可以在瞬间发生改变以呈现出测量的结果。

所以，这就会导致一个非常诡异的事情发生：当我们测量到达皮奥里亚的粒子的电荷时，我们会瞬间知道到达半人马座α星的那个粒子的带电情况，并且完全不用去测量那个超出我们航行范围的遥远星际处的实际情形。也就是说，如果我们在皮奥里亚观察到了琼，我们便瞬间知道到达半人马座α星的是莫利。之前跨越整个宇宙的纠缠态瞬间改变了，或者说是“坍缩”了，变成了一种“纯态”：

（琼→皮奥里亚，莫利→半人马座α星）

既然量子理论允许有两种情形存在并且仅仅给我们指出了每种情形发生的概率，所以结果也完全可能是另一种情形（莫利→皮奥里亚，琼→半人马座α星）。

有人会说其实即便认可经典物理的正确性，我们同样也能有相同的发现。但是在经典物理中，观察行为并不会带来状态的改变，也就是说，我们只是突然知道了这个经典物理中的真实状态是什么状态。经典的物理态从来不可能是混合的状态，它们有确定的实在。当观察一个经典的物理态的时候，只有我们自己的认识发生了改变——从未知变已知。然而在量子理论中，一旦我们去测量系统时，琼和莫利的真实的物理态（或者说是波函数）就突然改变了，这个改变是瞬时的，并且可以跨越整个宇宙，这才是不同于经典态的全新的量子态。

在爱因斯坦看来，这意味着信息传递必须瞬间跨越整个宇宙，至少是从皮奥里亚到半人马α星，而这违反了自然界信息传递速度不能超过光速的原理。据此，爱因斯坦肯定会向玻尔说：“这下你完了吧！”

对玻尔的量子力学解释而言，这确实是一种极具杀伤力的反驳。既然琼的位置可以通过测量莫利而无须直接测其本身而获知，这两个粒子的属性是相关联的并由最初的放射性粒子的量子态决定，那么到达半人马座α星的粒子的属性必须也应该是实在的。然而玻尔认为，在测量发生之前对粒子而言并不存在一个确定的属性。由于存在这种通过本地测量来决定远处属性的现象，所以爱因斯坦得出推论，认为量子力学意味着某种“鬼魅般的超距作用”；而且，玻尔的解释暗示可以有信号传递得比光速还快，因此量子理论是不完备的或者有瑕疵的。正是这类问题，导致诸如普朗克、德布罗意、薛定谔和爱因斯坦等物理学家拒绝接受量子理论。

这个EPR思想实验是否是插入量子理论心脏的一把利剑？显然不是！量子理论仍然在我们身边且非常好用，而且恐怕是迄今为止科学史上最成功的理论。那么取得胜利的量子物理又是怎样回击爱因斯坦强有力的攻辩呢？本质上来说，EPR佯谬的潜台词是“是的，物质的态确实重置”（或者说，“坍缩”为两个可能的态中的一个），这一切瞬间发生，并可以穿越整个宇宙。但是，你用尽浑身解数都无法设计一个实验，去揭示由鬼魅般的超距作用所带来的任何结果。没有任何信息能以超过光速的速度传送到半人马座α星，那里的观察者只有观察到谁来了才知道：“哦，原来是莫利来了”。同样，观察者在进行测量之前也不会意识到纠缠量子态坍缩为一个特定的态。因此EPR思想实验没有违反“自然界的因果关系”，因为信号的速度低于或等于光速。玻尔说过，实在仍然受制于测量行为，他还说：“任何没有被量子理论震惊的人肯定是还不懂它的人”。[14]

让人略微欣慰的是EPR佯谬带来的困惑似乎仅限于那朦胧而遥远的原子世界，一个牛顿定律不再适用的地方；但我们似乎也不能高枕无忧，毕竟我们全部是由原子构成的……