量子力学中的“鬼魅”从何而来？
文：乔立岩
诺贝尔物理学奖得主费曼有句名言：“我想我可以有把握地讲，没有人懂量子力学！ ”（”I can safely said (that) no body understands quantum theory.” ）量子论的另一创始人玻尔iels Bohr)也说过：“如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论 。”（”If quantum mechanics hasn’t profoundly shocked you, you haven’t understood it yet.” ）量子力学从诞生的那一刻起就蒙着一层面纱，并被烟雾所缠绕。创立了著名的薛定谔方程的薛定谔本人，却非常不满意哥本哈根学派对波函数及 叠加态的不确定性解释 。 于是，薛定谔便设计了一个思想实验，以此来嘲笑这种解释。他用一只或死或活的猫来比喻量子力学诠释中的反直观和不确定性，如此就会导致一个荒谬的结论。
什么是叠加态呢？例如猫处于死与活的叠加态中，想要知道就要打开盒子看，也就是测量，如果活着，那就是叠加态的波函数坍缩到了活着的本征态；反之则是坍缩到了死的本征态。这种又死又活、不死不活的逻辑混乱的说法，却是量子力学中表述量子所遵循的根本之道。薛定谔的猫讽喻的叠加态反而堂而皇之成为了量子力学的经典概念。对所有不确定的事情，都可以用这种概率或然性的叠加态来标识。这不过才是个开始，诡异的事情还在后面呢。
叠加态是量子力学最大的奥秘，量子叠加态现象也是激发神秘感的源泉，同时又引出人们无限的遐思。在1927年的第五届索尔维这场物理学界群英会上爆发了著名的 “玻爱之争” 。爱因斯坦和玻尔这两位物理学家因为解决光电效应问题或量子化原子模型而分别获得 1921 年、1922年的诺贝尔物理学奖。他们的争论主要是有关量子力学的理论基础及哲学思想方面的问题。爱因斯坦一直对量子论及玻尔一派的解释持怀疑态度，因此他说：“量子力学的确雄伟壮丽，然而内心却告诉我，它还不是那回事。这理论说了很多，却没引领我们更接近“上帝”的秘密。我，无论如何，深信上帝不掷骰子。” （“Quantum mechanics is certainly imposing. But an inner voice tells me that it is not yet the real thing. The theory says a lot, but does not really bring us any closer to the secret of the ‘old one’. I, at any rate, am convinced that He does not throw dice.”）并且提出了一个又一个的思想实验，意图证明量子论及正统诠释的不完备性。这是由于爱因斯坦始终坚持的经典哲学思想和因果观念： 一个完备的物理理论应该具有确定性、实在性和定域性。而海森堡于1927年提出的不确定性原理（Uncertainty principle ，又译测不准原理）却指出粒子的位置与动量不可同时被确定；所谓实在性，是指客观世界的物质不依赖于观测而存在；定域性（局域性）则是说，遥远某一点发生的事件不可能立即影响到另一点。换句话说，信息传递不可能比光速更快。
但量子纠缠效应中似乎推翻了这一假设，表现出某种非定域性。1935 年，爱因斯坦和他的两位同事合写了一篇论文——《量子力学对物理实在性的描述是完备的吗？》（“Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?”）也被称为 EPR 佯谬（EPR paradox ），指明波函数不能对于物理实在给出完备性描述，并且相信这种完备性的理论可能存在。 而量子论中对两个遥远区域的关联事件，测量其中一个状态，便会使两处的波函数同步坍缩，从而同时感知相隔遥远的另一事件的状态。爱因斯坦嘲讽其为 “鬼魅般的超距作用”（spooky action at a distance），并以此来说明量子力学是不完备的。正是量子力学正统的哥本哈根诠释的标志性假设——波函数塌缩， 才隐喻了超光速的“超距作用” ，并以此体现出量子非定域性。
在世间宏观物质世界层面，定域实在性是在科学发展中形成的认知准则，科学的发展是建立在实证基础之上。科学的测量等方法也都是对已经认识到的事物进行研究，现有的科技手段也不具备突破时空探知的能力和条件。量子的出现挑战了人们的普遍认知和哲学观，开启了通向微观世界的蹊径探索。对于微观世界该如何去认识和探索呢？卢瑟福对原子模型的阐述说，如同一个小的太阳系。那么，以另外时空的角度看，一个量子是否就可能是微观的又一层宇宙中的银河系呢？
在量子理论中，量子被当作是不可分割的基本粒子，而又未给出直观的、清晰的、形象的描述，只是用抽象的数学表达式和波函数烟雾将其缠绕起来，而且观测也变成了量子必不可少的基本属性。一旦观测，描述叠加态的波函数便坍缩到本征态，所纠缠的量子也一并超距坍缩，显出本相。最后，这样就使人很难真正能触摸到量子论的要义。其实，一个量子，可以想象成一个由更微小粒子组成的微粒云团，就象电子围绕原子核旋转一样，同时有自旋和进动。自旋轴在一周的旋转中朝前、朝后、朝左、朝右的周期性进动，体现出某一特定方向上的能量辐照的周期性波动，例如正弦周期。微粒云团体现了量子的粒子性基本特征，波动性只是其自旋、进动和沿轨道旋转所带来的能量辐照的一种显现形式。这样的波粒统一性模型与波函数的抽象相比，更为直观和容易理解，在分析问题时也更易于应用和验证。对于应用中各种复杂情况，每个人都可以从直观感性到逻辑理性的贯通一致的加以分析，量子力学实验中难以解释的某些现象和机理问题也就悄然云释。
人们在正统的哥本哈根诠释中找不到出路时，量子力学的多世界诠释开始进入人们的视野：当观察者打开盒子之时，观察者会和猫发生纠缠。对应于猫的活状态和死状态的观察者状态因此分别形成，“死猫”或“活猫”都是平行宇宙的一部份，都是所有平行宇宙的总和。看到这种云里雾里的解释，还能说什么呢？
为了回应爱因斯坦的质疑，物理学家们通过验证贝尔不等式的违反而证明量子力学的非定域性成立，在几十年中做了很多相关的实验。分别在光速传递信息所不能及的两个区域随机测量两个纠缠光子状态，结果表明其非定域的关联性，借此证明量子力学的完备。2022年诺贝尔物理学奖授予了验证贝尔不等式违背的一系列实验工作，即利用双光子纠缠态检验 CHSH 版本的贝尔不等式。实验中对光子的水平偏振态和竖直偏振态进行随机测量和结果比较，表明了一对纠缠光子在偏振方向上的关联性。
由于量子是微观空间的粒子，要想真正认识其特性，就需要进入到微观世界相应的层面，用微观世界的思维方式和观察方式去认识。而在当前的宏观空间表现出来的特性与宏观物体大不相同，比如说：量子没有质量、惯性等，所以难以用经典力学的理论去描述。光子发出时没有加速过程就直接达到光速，遇到反射时也没有动量和速度损失；穿过双折射晶体时会降低速度，通过后没有力的作用而又立即恢复光速。量子的出现是否也在暗示我们经典力学宣示的并非是宇宙中物体的本质属性呢？
量子力学对量子的描述还沉浸在经典力学基础概念之中，例如：上旋与下旋的动量守恒等。许多实验结果在向我们作出提示：量子的自旋和进动姿态在传播过程中是可以不受其它因素影响，进动和沿轨道的旋转周期和轨道平面方向则可能发生改变，例如穿过方解石等双折射晶体时会产生水平和垂直两条路径上的偏振，频率和波长也发生改变，但光子的自旋和进动姿态可能不会变化。所以，这两路纠缠光子的偏振方向是完全可以预测的。
因此，双光子纠缠态检验所验证的水平振动与竖直振动相对应的关联性，只是o光与e光两条光路的固有特征，与其它光子对是否也存在交叉关联呢？纠缠光子对中的两个光子，还可能是一个微粒云团分割而成，具有相同的自旋、进动及及相位状态特征，只不过是两条路径的折射率不同会导致它们的波长及频率发生不同的迁移。如果在其中一个的光路上放置偏振片使得其振动平面（旋转轨道平面）偏转某一角度，此时它们还处于纠缠态吗？由此可以看出，就纠缠的概念而论，若没有“幽灵般的超距作用”的波函数坍缩，只不过是验证了两个光子一个水平振动，另一个竖直振动这种发出时的原初状态而已，哪里体现出了非定域性的特征呢？与两个独立的光子有那些区别呢？
所以说，量子纠缠的某种关联性带给人们无限的遐想的基点是瞬时或同步的感知或传递某种信息，从玻尔开始，物理学家们却谨慎的避开了这个问题，对贝尔不等式的验证则只是针对两个光子偏振方向的对应性进而在随机性方面下功夫，而这种对应性却是格兰汤普逊棱镜产生的e光和o光两条路径上的光子的共性。这种悖论出现的原因是由于量子论中对光子模型的诠释的叠加态和不确定性引起的。也是经典力学唯物主义与量子力学唯心主义哲学观在这个问题上相互碰撞的一种反映，在量子作为粒子的物质性的上面缠绕了主观意识的烟雾。实际上，物质和精神，存在与意识原本就是具有统一性的。人类的科学技术尚未充分认识的微观世界的物质存在层面就被当成是精神的层面，而波粒统一性模型的建立则可以解释物理实验中许多无法直观理解的理论和实验现象中的疑惑。
还有一种双光子成像数字全息技术被人夸张的称为“鬼影成像”。其原理也是利用格兰汤普逊棱镜等方式产生的e光与o光之间夹角相对固定的特点，一个光子照射物体被探测器记录的同时，另一个光子在另一处的探测屏上被记录二维坐标，两组数据对应并经数字处理便生成图像。实际上，这也是基于两个光子路径角度形成的空间位置几何的对应关系，并非一个光子看到物体，另一个光子“心灵感应”而画出图像。此外，在网络上热议的延迟选择擦除实验中的诡异，被说成是：现在的决定可以改变昨天发生的事件。其实都是同样的实验设计，使两处的探测时间差小于光速传递信息的时间，从而两个光子来不及传递信息。但对实验中不同探测器数据处理后的曲线的π相位差偏移却没有给出合理的解释。如果按照波粒统一性模型则可以很容易的理解这种现象。这些实验设计中未能解析这些现象的原因，一是由于波粒二象性诠释的影响，把量子当作是一个不可分割的基本粒子；二是单光子探测技术发展中存在的探测技术局限性以及雪崩光电二级管对偏振光的敏感性和探测效率问题，当单光子偏振面（旋转轨道平面）法线与探测方向近乎垂直时，则相当于对偏振光的探测。也正是由于在哲学观方面的制约，才有了“柴郡猫”的微笑在空中幽灵般的浮现。
总而言之，量子力学的发展过程中的各种争论背后是不同哲学观的认识碰撞，毕竟对宇宙间物质本源的探索离不开哲学观和认识论在时空维度和认知层次方面的突破和超越。唯物主义的“实在性”沉湎和唯心主义的“叠加态”浮想交织在一起，便给了幽灵出没的空间。但这种鬼魅般的“柴郡猫”微笑幻影却不是真正神迹的显现。宇宙和生命起源的真相将会显现，却一定会是以光明磊落和堂堂正正的方式展现在人类面前。
附言：
因为看到网上有些文章和视频中，把量子力学实验中的诡异现象当作神迹加以引用，所以，写了这方面的认识，作为一个补充。
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来源:正见网