量子纠缠 (6-3)

前面这两个电子的例子只是大略说明了一下量子力学的非定域性。真正把它的效应明显地呈现在我们眼前的，是所谓的EPR佯谬，在石破天惊的1935年，爱因斯坦以他超凡的洞察力，对量子力学发起了最为致命的最后一击。这一击，把量子力学最为尖锐的矛盾，也是最为奇葩的一面暴露在了物理学家的面前。就是非定域性和实在性之间的矛盾。

下面我们一起看一看著名的EPR佯谬以及它所引出的量子力学最为独特的现象：量子纠缠。在这里，量子纠缠有史以来第一次明确地展现在世人面前。

EPR三个单词，是三个人名字的组合，爱因斯坦（Einstein）和他的两位博士后助理，Boris Podolsky 和 Nathan Rosen。在1935年，三人发表了一篇论文，题目叫 “量子力学对物理现实的描述是完备的吗？”（Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?） 对于波函数（态矢量）对物理实在描述的完备性，提出了强有力的质疑。值得一提的是，EPR中的另外两位，虽然在这个话题中不幸掩盖于爱因斯坦的巨大阴影中，也都不是凡人。其中Rosen 很著名的贡献就是提出了“虫洞”理论（这无论放在物理学史的哪一个阶段，都是一个了不起的发现）；而Podolsky，据证实是前苏联的克格勃。

当然众所周知，这篇论文中的核心思想全部出自爱因斯坦。但是因为当时爱因斯坦的英文水平还很不行，文章是Podolsky执笔写的，并且在提交之前，爱因斯坦并没有阅读过。事后爱因斯坦对论文的表述表示了一些不满意，认为它画蛇添足地讨论了一些无关主题的东西，使得真正的主题反而有些模糊。后来，直至1951年，玻姆提出了他的版本的EPR佯谬，用“自旋1/2”系统，简单明了，成为我们现在最广为人知的一种版本。这里我们略过最初的EPR版本，直接谈论玻姆版的EPR佯谬。

“自旋”是微观粒子的一个独特现象，这在我们宏观世界中是不存在的，并且很难以用宏观现象来直观想象。最接近的类比，就是一个旋转的小球，虽然它和微观粒子的自旋有着种种显著的不同，但是现在我们暂时用它来类比还是可以的。一个旋转的小球，它可以有不同的旋转方向，比如从一个方向上看去，它可能是顺时针旋转，也可能是逆时针旋转。因为顺时针和逆时针从不同的方向看过去是不同的，因而物理学里面不用这种称谓来区别旋转方向，而是用一个叫做“右手规则”的方式来规定自旋的方向为“向上”或“向下”。

EPR佯谬是一个思想实验，着这里，我们设想一个静止的、没有自旋的粒子突然发生了一个爆裂，分成了两个相同的粒子A和B，然后这两个粒子向着两个相反的方向离去。整个过程我们对它不进行观测。直至A跑到宇宙的边缘，而B跑到宇宙的另一端。这时候有两个人，分别在两端等着，A这边是Alice，B这边是Bob [1]。然后他们都在同一个方向上对这两个粒子分别作出观测，结果会是怎样？

物理学中有一个普适的基本定律，叫做角动量守恒定律 [2]，这个定律指出，孤立系统的总角动量保持不变。角动量是一个旋转的“强度”的度量。既然一开始的粒子没有自旋，那么它分裂成两个粒子之后，两个粒子就必然会把整体的自旋抵消掉，也就是说，A和B的自旋方向必然是相反的。这件事可以说是非常古怪了。

你可能会觉得，这简单得很啊，哪里来的古怪？且听我细细道来。

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