心有灵犀话纠缠-对今年诺贝尔物理奖成果的一个俗解

刚刚传来今年诺贝尔物理学奖颁发给了三位来自法国、美国和奥地利的物理学家，以表彰他们“用纠缠光子进行实验，证伪贝尔不等式，开创量子信息科学”。

从左到右：阿斯佩特、克劳泽、塞林格

这个表述里面有三个相互关连的重要概念，即“量子纠缠”、“贝尔不等式”和“量子信息科学”。其中最核心的是量子纠缠，它既是个物理学概念，同时也是个哲学渊薮，代表了量子力学诞生后对于传统科学实在论和因果关系的重大挑战。贝尔不等式则是对量子纠缠问题的一个量化表述。最后的量子信息科学，是前两个问题研究后的成果。

关于起自量子力学的玻尔-爱因斯坦完备性争论、EPR悖论、定义域、玻姆隐序以及贝尔不等式的科学和哲学讨论已经汗牛充栋，此处不再赘述。因为那些阳春白雪对于一般公众而言，太过高大上，让人有如坠入五里雾中之感。作为一个通俗解，本文想用一个不太精确的比喻来说说这些事情。用科学原义来挑刺的请略过，因为这不是科学教科书，纯系一个假设的故事。

话说有对一母同胞的孪生子，他们号称两人彼此间具备一种心有灵犀的超能力，任何时候两人都能互通信息，同时作出一模一样的表情或动作。由此他们变成了杂技演员，给世人表演这样的节目：一个笑另一个也笑；一个哭另一个也哭，反正瞬间两人都是同样表情同样动作，表现得就好像一个人那样。这个杂技很好玩，但很多观众并不相信他们真有什么心有灵犀的超能力，而是认为他们是通过事先练习，事到临头又互相观察对方，迅速动作，让人难以分辨，以为他们心有灵犀而已。

但他们自己言之凿凿，说自己并未事先练习，也可以互不观察就能表演这个节目。于是有好奇观众为了验证，就把他们俩分在两个彼此看不到对方的房间里同时玩此游戏，结果发现他们还是表现得真像一个人那样。但有观众还是不信什么灵犀，认为他们大概耳朵或什么地方藏着微型电话，可以互相联系，然后协同一致…

为防止他们作弊，把一个人放在地球，另一个人放在距离地球2亿公里外的火星上，用录像同时记录两人的表情动作。这样一来，两人就算互相用光通信打电话作弊，那也得花10几分钟后才能联系上。但是对比录像记录，发现两人同一时刻的动作表情确实还是一模一样！这就说明这对孪生子之间确是心有灵犀，而且这个灵犀联系是瞬间发生的，根本不需要反应时间。

故事讲完了。

最后胡乱对应一下科学原义。一母同胞的孪生子，相当于一个量子系统。他们之间的心有灵犀关系，相当于量子纠缠关系。贝尔不等式，是说量子纠缠也有速度，而且不能大于光速，相当于那些怀疑心有灵犀的观众，认为作弊只能在地球上，到火星上就作不成了。三位物理学家用越来越精确的实验表明：量子纠缠是量子系统的一种实实在在的关系，并且此关系发生的速度超越光速，特别是这种关系可以用来传递信息，即量子信息科学。相当于观察地球上那个孪生兄的表情，瞬时就能知道火星上那个孪生弟的表情。