我給你留了條信息。你曉得這條信息的到來。你不會(huì)理解它，除非你問我。信息是頓時(shí)從我這兒傳給你的。它不是通過無線電或光纖線纜以光速傳遞的（它是即時(shí)的）。直至1935年，阿爾伯特·愛因斯坦發(fā)表了一篇驚艷量子化學(xué)學(xué)家的論文。
這個(gè)問題就是糾纏。這篇論文的題目是"量子熱學(xué)對(duì)化學(xué)現(xiàn)實(shí)的描述能被覺得是完整的嗎？"
糾纏是一個(gè)很難理解的話題，雖然對(duì)化學(xué)學(xué)家來說也是這么。它是這么困難，以至于花了幾六年的時(shí)間來確定它究竟是哪些以及它的原理是哪些。雖然這么，沒有人曉得它意味著哪些。
糾纏來自于數(shù)學(xué)學(xué)中的守恒定理。這種定理告訴我們，個(gè)別數(shù)目必須相乘。能量、動(dòng)量、角動(dòng)量和電荷不能遺失或找到。這種守恒定理是絕對(duì)的，但量子化學(xué)學(xué)給了粒子回旋的余地，當(dāng)有一個(gè)以上的粒子參與時(shí)，它們?cè)鯓幼裱@種定理。這就是粒子是怎樣被糾纏的。
守恒量是成對(duì)的互補(bǔ)屬性。你可以在單個(gè)粒子的單一實(shí)驗(yàn)中檢測(cè)一個(gè)，但不能檢測(cè)另一個(gè)。比如，你不能同時(shí)檢測(cè)一個(gè)粒子的位置和動(dòng)量。假如你據(jù)說過海森堡的不確定性原理，那就是這個(gè)看法，但不確定性是理解它的一個(gè)壞方式。它讓人感覺問題出在你的檢測(cè)儀器上。但真正的問題是現(xiàn)實(shí)。
粒子有一個(gè)稱作載流子的屬性，也就是它們的角動(dòng)量。對(duì)于像電子這樣的大質(zhì)量粒子來說，載流子有三個(gè)組成部份，我們稱之為x、y和z，光子只有兩個(gè)，x和z。載流子是互補(bǔ)的屬性。但事實(shí)證明，假如有糾纏在一起的粒子，你可以同時(shí)曉得這兩個(gè)載流子。
假定你打算一個(gè)實(shí)驗(yàn)，形成兩個(gè)光子，使它們必須具有相反的載流子，即A和B，你可能從一個(gè)質(zhì)子的衰變中得到。因?yàn)槟悴粫缘妹课还庾佑心男┹d流子，你須要檢測(cè)它，但你只能檢測(cè)每位光子的x或z份量。辛運(yùn)的是，假如你檢測(cè)A的x和B的z，你可以推測(cè)出A的z和B的x是相反的。這是由于這兩個(gè)光子是糾纏在一起的。諸如，假如A的x是"上"，B的z是"右"，這么B的x是"下"，A的z是"左"。
1935年，一些化學(xué)學(xué)家覺得這好像違背了海森堡原理，但它沒有，愛因斯坦也曉得。按照量子化學(xué)學(xué)，當(dāng)這兩個(gè)光子移開時(shí)，它們依然是糾纏的，如同它們是兩個(gè)不同位置的單一粒子。更糟的是，在檢測(cè)載流子之前，這種粒子并沒有一個(gè)明晰的載流子值。
關(guān)于宇宙的本質(zhì)，愛因斯坦有兩種根深蒂固的信念：位置性和現(xiàn)實(shí)主義（and），而量子理論雖然違反了這兩種信念。
位置性意味著每件發(fā)生的事情都發(fā)生在一個(gè)特定的時(shí)間和一個(gè)特定的地點(diǎn)。一件事不可能發(fā)生在兩個(gè)地方。而兩件事情只能以光速或比光速慢的速率傳播訊號(hào)，而不是即時(shí)的。
現(xiàn)實(shí)主義意味著，宇宙中所有可以檢測(cè)的東西在被檢測(cè)之前都有一個(gè)確定的狀態(tài)。換句話說量子物理定義，假如我檢測(cè)一個(gè)粒子有一個(gè)特定的載流子，這么在我檢測(cè)它之前，它一定有這個(gè)載流子。
愛因斯坦堅(jiān)持覺得，量子化學(xué)學(xué)只有滿足這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)才算完整。但偉大的量子化學(xué)學(xué)家玻爾和海森堡并不同意。海森堡是顯著的反現(xiàn)實(shí)主義者，而玻爾不一定是反現(xiàn)實(shí)主義者，但他認(rèn)現(xiàn)實(shí)既取決于觀察者，也取決于被觀察者，所以他對(duì)從同一粒子的不同種類的實(shí)驗(yàn)中得到不同的結(jié)果不倍感欣慰。
以下是糾纏是怎樣違背愛因斯坦的信念的。
違背現(xiàn)實(shí)主義
依照量子理論，光子A和光子B在被檢測(cè)之前并沒有明晰的載流子。相反，它們有一系列可能的載流子被編碼在一個(gè)稱作波函數(shù)的實(shí)體中，并且，因?yàn)樗鼈兊妮d流子是相反的，一個(gè)載流子必須決定另一個(gè)。但是，當(dāng)你檢測(cè)載流子時(shí)，它就弄成了確定的、不可改變的。因而，在檢測(cè)之前，它并不成為"真實(shí)"。
違背位置性
當(dāng)我們檢測(cè)光子A的載流子時(shí)，它手動(dòng)決定了你將在光子B處檢測(cè)的東西。在光子A處檢測(cè)的東西好像被頓時(shí)傳送到光子B處，因而它既"曉得"它應(yīng)當(dāng)是哪些載流子，又曉得進(jìn)行了何種檢測(cè)。這些知識(shí)并沒有給進(jìn)行檢測(cè)的人帶來任何新的信息，但若果不引述某種信息傳遞，就不可能在標(biāo)準(zhǔn)量子理論中解釋實(shí)驗(yàn)。
你可以通過觀察你的載流子偵測(cè)器之間的角度怎么影響你在每位光子上的檢測(cè)結(jié)果來量化它。假如你檢測(cè)兩個(gè)光子的x和x，你的角度是0或180度。假如你檢測(cè)x和z，它是90或270。但若果你在x和z之間檢測(cè)，它可能是30或45或其他一些數(shù)字。
假如沒有信息傳遞，你會(huì)期望在不同角度的檢測(cè)服從下邊的紅線，即角度之間的完全線性相關(guān)。當(dāng)你的偵測(cè)器平行或垂直時(shí)，你可以佯裝信息沒有轉(zhuǎn)移，由于藍(lán)線和紅線在這種角度交叉。但在其他情況下，相關(guān)關(guān)系是非線性的，這意味著信息必須被轉(zhuǎn)移，除了是關(guān)于被檢測(cè)的東西，并且是怎樣被檢測(cè)的。
在量子場(chǎng)理論中，這些信息轉(zhuǎn)移發(fā)生在所有的時(shí)間和空間，從大爆燃到時(shí)間的盡頭，從月球到空間的盡頭，假如有這些東西的話。
多世界解釋
你可以通過多世界解釋來解決這種問題：比如，你可以通過說粒子載流子的每位值作為一個(gè)明晰的值存在于多元宇宙中該粒子的一個(gè)副本中，來恢復(fù)現(xiàn)實(shí)主義和位置性。從一個(gè)光子到另一個(gè)光子的表面信息傳輸是一種幻覺。相反，你——意思是你的一個(gè)副本，早已被分割到一個(gè)特定的宇宙中，在那兒它看上去是這樣的。這很容易理解，但很難相信。
對(duì)量子理論的更改
你也可以通過更改量子理論來恢復(fù)現(xiàn)實(shí)主義和位置性，但并不容易。
比如，大衛(wèi)-博姆（DavidBohm）引入了導(dǎo)引波來引導(dǎo)粒子并為它們進(jìn)行交流，這恢復(fù)了現(xiàn)實(shí)主義，但沒有恢復(fù)位置性。還有許多其他的變種和新解釋。大多數(shù)早已不這么流行了。
更改量子理論如同玩火，你常常會(huì)被凍傷。量子理論其實(shí)是一個(gè)有100年歷史的大樓量子物理定義，是有史以來最成功的數(shù)學(xué)理論。幾乎所有的更改都給宇宙引入了一些隨機(jī)性的誘因。也都無法恢復(fù)位置性。
從直覺容縣審視子理論是很難的。愛因斯坦的相對(duì)論沒有發(fā)揮作用，也會(huì)形成問題。一旦你過渡到量子場(chǎng)論，這些修飾所依賴的許多假定都會(huì)消失。像博姆的理論就開始崩潰了。
怎么直觀地思索糾纏問題
想像一下，有一個(gè)上帝視角。回到糾纏的光子上，想像一下，它的載流子是一個(gè)小箭頭，垂直于它的運(yùn)動(dòng)。箭頭隨機(jī)地、不連續(xù)地聯(lián)通著。
如今你看光子B以光速向相反方向聯(lián)通。它也有一個(gè)箭頭在隨機(jī)地聯(lián)通。奇怪的是，每每光子A的箭頭聯(lián)通到別的地方時(shí)，光子B的箭頭都會(huì)頓時(shí)聯(lián)通到相反的方向上。無論它們之間的距離有多少光年，箭頭就會(huì)彼此同步聯(lián)通。這就好象它們是一個(gè)粒子在兩個(gè)地方。
你能想像這些情況發(fā)生的惟一方式是它們以某種形式聯(lián)接在一起，要么是通過一個(gè)容許瞬時(shí)通訊的指導(dǎo)性波函數(shù)，要么是宇宙的本質(zhì)所包含的東西。
擴(kuò)充的位置性
假定我們?cè)倏匆幌挛恢眯裕⑵髨D擴(kuò)大我們對(duì)它的定義。從四維角度看光子。想像一下每位光子的路徑。二者共同產(chǎn)生一個(gè)單一的結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)不是一個(gè)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，而是一組線（稱為世界線）。有兩條線在光子成為糾纏的空間和時(shí)間上的一個(gè)點(diǎn)上相連。
假定這種世界線是真正的粒子，不是時(shí)間和空間的點(diǎn)，而是穿過時(shí)間和空間的線。而這種粒子還能順著這種世界線交流，回到它們的原點(diǎn)，回到時(shí)間中。假如是這樣的話，這么這種糾纏的粒子還能"頓時(shí)"分享信息也就說得通了，由于它們是通過時(shí)間進(jìn)行交流，順著世界線調(diào)和它們的狀態(tài)。
假如我們把位置性定義為聯(lián)接的世界線，而不是發(fā)生在點(diǎn)上的風(fēng)波，這么糾纏就不再違背它了。并且，因?yàn)樾畔⒉荒軓墓庾覣傳遞到光子B，它也不違背因果性。(你不能把信息送回過去或比光速快，由于兩個(gè)光子共享的所有"信息"都是隨機(jī)的）。)另一方面，兩條不相連的線不能被糾纏，除非它們被第三條線聯(lián)接。
坍縮的位置性
但是，量子場(chǎng)理論將這種粒子表示為簡(jiǎn)單地輸入到一個(gè)跨越所有時(shí)間和空間的巨大的場(chǎng)集。這個(gè)場(chǎng)聯(lián)接了宇宙中所有還能互相作用的粒子。這意味著我們必須擴(kuò)大我們的世界線的概念，以包括場(chǎng)，但辛運(yùn)的是世界線是四維場(chǎng)的一維版本。因而，我們對(duì)位置性的定義一直創(chuàng)立，但如今囊括了所有的時(shí)間和空間！這意味著我們必須擴(kuò)大我們的世界線概念，以包括場(chǎng)。
有了這個(gè)補(bǔ)充，作為一個(gè)概念，位置性就崩潰了，但所有東西都是位置性的。倘若不進(jìn)一步更改量子場(chǎng)理論，它就顯得毫無意義。
自由意志與位置性
在這個(gè)位置性的問題上有一個(gè)漏洞。量子理論表明，實(shí)驗(yàn)之間存在著相關(guān)性，這表明關(guān)于正在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的信息正在被即時(shí)傳送。并且，假如宇宙在一開始就早已曉得這種實(shí)驗(yàn)和它們的結(jié)果呢？
超決定論覺得，這些奇怪的相關(guān)曲線是在大爆燃時(shí)所有物質(zhì)之間發(fā)生的相關(guān)關(guān)系的結(jié)果。物質(zhì)從來沒有不相關(guān)的，包括構(gòu)成你和我的物質(zhì)。信息的傳播速率不比光快。它一開始就在哪里，由于我們選擇做的任何事情都是不確定的。
雖然量子場(chǎng)理論看上去在每位時(shí)刻都聯(lián)接著所有的時(shí)間和空間，那也是一種幻覺。時(shí)間和空間中的所有事物都是聯(lián)系在一起的，由于它們都是在時(shí)間的開始就被預(yù)先確定的。
擴(kuò)充的現(xiàn)實(shí)主義
愛因斯坦不喜歡隨機(jī)性，但不幸的是，隨機(jī)性是量子化學(xué)學(xué)的核心所在。假如你把現(xiàn)實(shí)主義擴(kuò)充到包括隨機(jī)的波動(dòng)值，這么就不再有問題了。
量子物理告訴我們，粒子有一個(gè)描述其狀態(tài)的波函數(shù)，但沒人見過波函數(shù)。我們不妨假定粒子的狀態(tài)在傳播過程中是隨機(jī)波動(dòng)的。當(dāng)我們檢測(cè)粒寅時(shí)，這如同擲色子。我們偶然落在其中一個(gè)可能的數(shù)值上。
但是，為了使隨機(jī)性發(fā)揮作用，粒子的世界線又必須被調(diào)用。世界線作為一個(gè)整體是隨機(jī)的，而不是粒子從一個(gè)時(shí)間到另一個(gè)時(shí)間的狀態(tài)。這就是量子和精典隨機(jī)性之間的區(qū)別。你可以想像拋出一組色子，不是在光子傳播的每一刻，而是只拋一次，以確定光子從發(fā)射到偵測(cè)的整個(gè)歷史。一旦這種色子被拋出，光子在其整個(gè)歷史中可以有一個(gè)確定的狀態(tài)。
然而色子是哪些時(shí)侯擲出的呢？是在你偵測(cè)到光子的時(shí)侯還是在宇宙的開始？在這三者之間嗎？我們所檢測(cè)的東西何時(shí)成為現(xiàn)實(shí)？
現(xiàn)實(shí)主義與自由意志
只要色子是在發(fā)射時(shí)或發(fā)射前拋出的，我們就可以說現(xiàn)實(shí)主義肯定是恢復(fù)了。要做到這一點(diǎn)，粒子必須"曉得"它將會(huì)發(fā)生哪些。
假如色子是在偵測(cè)時(shí)而不是在發(fā)射時(shí)擲出，這么自由意志是可能的，但現(xiàn)實(shí)主義的基礎(chǔ)是不穩(wěn)固的。我們能說過去的東西基于未來的風(fēng)波而成為現(xiàn)實(shí)嗎？這是一個(gè)比我們希望的更弱的現(xiàn)實(shí)主義定義，由于它意味著在光子被偵測(cè)到之前，沒有現(xiàn)實(shí)。
到了量子場(chǎng)理論，我們把一維世界線擴(kuò)充到四維場(chǎng)。因?yàn)閳?chǎng)互相作用的形式，我們最終發(fā)覺整個(gè)宇宙的過去和未來都是隨機(jī)的、相互聯(lián)系的，包括我們。
如今，我們沒有辦法甩掉它了。每一個(gè)觀察和檢測(cè)都是在大爆燃時(shí)預(yù)先確定的，但真實(shí)的或只有在時(shí)間的盡頭才確定。生活可能對(duì)你來說是真實(shí)的，而且，假如你想要自由意志，你必須把現(xiàn)實(shí)交易掉，讓你的生活成為一場(chǎng)夢(mèng)，直至每位粒子的每一次互動(dòng)都得到解決。
推論
還有其他防止自由意志問題的解釋，但它們涉及額外的維度或宇宙。倘若我們能找到這種證據(jù)，這可能會(huì)回答一些深刻的哲學(xué)以及科學(xué)問題。
另一個(gè)驚人的推論是，我們可能早已理解了量子理論。我們只是不樂意接受這些暗示。假如我們有自由意志，量子理論就沒有意義了。假如現(xiàn)實(shí)是超決定的，這么量子理論確實(shí)有意義，愛因斯坦的位置性和現(xiàn)實(shí)主義得到恢復(fù)，但我們沒有自由意志。
相信哪些是你的選擇。但話說回去，恐怕不是這樣的。
