上帝的判决

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1982年,法国奥赛研究所。

人类历史上,这是对EPR实验进行的首次严格的实验检测,这次实验被称为“阿斯派克特实验”,以这次实验的领导者阿斯派克特命名。这次实验总共进行了三个多小时,两个分裂的量子分离的距离达到了12米,积累了海量的数据。最后的结果与量子论的预言完全相符,爱因斯坦输得彻彻底底,从此EPR实验也被称之为“EPR佯谬”。

从阿斯派克特开始,全世界各地的量子物理实验室展开了一直持续到今天的EPR实验竞赛,实验精度越来越高,实验的原型越来越接近爱因斯坦最原始的想法,两个量子分离的距离越来越远,而且实验对象甚至增加到六个量子。在中国,2010年全国各大报纸都出现了一条报道,说是中国首次把EPR实验的距离扩展到了16千米,为当时世界第一。但是看看各地不同报纸的报道,我感到很好笑,很多科盲记者完全不了解什么是EPR实验,随意捏造各种骇人听闻的词,什么“超时空穿梭”“超光速通信”“时空穿越”……真是看得我汗如雨下。

EPR实验的结果无可辩驳地呈现给当时的整个物理学界这样一个事实:要么放弃定域,要么放弃客观实在。定域性是经受了几十年严苛考验的伟大的相对论的推论,而客观实在则是大多数物理学家心目中的公理,不证自明的。如果是你,你会怎么选择呢?我看你可能最好奇的是那个发现贝尔不等式的可怜的贝尔,到底会做出怎样的选择。

还真有这样的好事者,英国一个很著名的科普作家访问了包括贝尔在内的8位物理界最知名的物理学家,想听听他们怎么看待这次“上帝的判决”,最后出版了一本叫作《原子中的幽灵》这本书。我没有看过这本书,但从在网上搜索来的零星的信息拼起来的结果看,似乎愿意放弃定域而保留客观实在的科学家多一点,但多得不多。那个可怜的贝尔在被逼急了以后,只好表示如果非要放弃一个的话,他只能放弃定域了,但他仍然试图想说或许不用两个都放弃。也有很多物理学家津津乐道于观测者的作用,也就是我们人类本身对量子状态的作用,从意识谈到了精神。但不论从哪个角度说,要让物理学家们放弃其中任何一个都是极其痛苦的。但是我要特别提请读者注意一点,EPR佯谬只是证明了定域和实在不可能同时正确,并没有证明有超光速的信号存在,这是两个不同的概念。如果愿意放弃实在性,则相对论依然是牢靠的。

量子这种纠缠态也被称之为量子的超隐形传输,可以用来做通信的加密,但是不能用来做超光速的通信。更加需要强调的一点是,量子的超隐形传输,传递的是量子态,而不是能量和物质。而我国各大报纸曾经头版报道的量子超隐形传输实验,把量子通信说得神乎其神,肆意夸大渲染。尤其是2016年8月16日,中国发射了全世界第一颗量子通信卫星,各种舆论对量子通信的报道达到了顶峰,但这次的舆论报道相对准确了许多。我说几点:第一,量子通信卫星的主要功能是加密,通讯方式依然是传统的光通讯。第二,量子通信无法保证信息不被窃听,只能保证信息一旦被窃听,可以第一时间报警,中断通信或者改变秘钥,从而间接保障信道安全。第三,量子通信再牛逼也无法做超光速通信,现在不行,将来也不行,理论上就行不通。第四,至于说未来通过量子通信能够把物体甚至人体超光速瞬移,那就更是扯淡了,没那么厉害。要知道,无线电通讯为什么能达到光速,因为传递信息的媒介是光子,光子没有静质量,所以能达到光速。而一旦要传递有质量的物质,理论上就不可能达到光速,更不要说超过光速。迄今为止,人类还没有发明任何一种理论可以允许超光速传输能量、物质、信息。

物理学走到今天,已经大大出乎了牛顿和爱因斯坦们的预料,它逐渐在人们眼前显现出这样一副图景:

【图9-6】目前物理学的图像

在我们日常身处的常规尺度下面,用牛顿物理学就足够了。但是随着尺度的不断扩大,尤其是扩展到了宇宙尺度的时候,就必须要用相对论来解释宇宙万物的规律了。而随着尺度的不断缩小,到了量子的世界,就必须要用量子理论来解释了。简言之就是:尺度越大,相对论与实际观测结果越符合;尺度越小,量子理论与实际观测结果越符合。但是要命的是这两大现代物理学的基础理论似乎是不相容的,它们不可能同时正确。在某些说不清楚是大尺度还是小尺度的地方,比如说黑洞的内部、宇宙大爆炸的奇点,都是质量巨大,但是体积微小,在这种时候,不论用相对论还是量子论都会得到一些根本不可能正确的结果,例如“质量无限大”“密度无限大”“概率无限大”等等。在物理学中出现“无限大”这样的数学概念,本身就意味着理论出错了。相对论是如此的简洁、优美,并且经受住了近百年的风霜洗礼,它俨然已成为人类智慧的丰碑。而量子理论,从一出生就很不遭人喜欢,所有的原理都是那么诡异,那么让人难以想象,然而正是这个诡异的理论造就了我们今天这个信息时代。不论喜欢还是不喜欢,凡是有芯片的东西,从手机到电脑,都离不开量子理论,没有量子理论我们根本不可能像今天这样通过互联网与整个世界联通。量子理论在实际生活中的应用程度是相对论的百倍、千倍。

请各位读者务必记住,我们必须小心翼翼地使用“推翻”“颠覆”这样的字眼来描述新旧理论之间的关系。在某些特定场合中为了吸引眼球,我们偶尔这么说说是可以的,但真想表达自己发现了一个新理论时,最好不要说你推翻了旧理论。我们可以看到,相对论是对牛顿理论的修正,在常规尺度下面,相对论就会退化为牛顿理论,量子理论也是同样的情况。而且,以后出现的新理论也一定是对相对论和量子理论的修正,这两大理论也一定是新理论的近似理论。以后你凡是看到有人宣称牛顿理论和相对论都错了,已经被他推翻了,这种文章你基本看个开头就不用再看下去了,这绝不会是真正的物理学家写出来的东西。