量子纠缠的公开描述

量子纠缠是物理学中最难以理解的概念之一。什么是量子纠缠呢？我们必须提到量子纠缠的公开描述。

为什么说是公开描述？因为你在论文或者教科书中找不到这样的描述。论文和教科书中会直接讲述Bell基，Bell不等式，Bell实验，局域实在论，隐变量理论，和非局域性。但是在所有的公开场合，包括专业研究人员的演讲者们，都会很神秘地告诉你，量子纠缠是两个相互特殊关联的粒子，无论相隔多远，无论被什么东西阻隔，只要你动了其中的一个（测量），另一个就一定瞬时发生相应变化。然后他会告诉你，他也不懂究竟是怎么回事，但是实验无可辩驳地证明了这一事实。

他也可以给出看起来简单，却难以理解的代数表达式，说明这种纠缠关系，并且证明量子纠缠无法传递信息。

关于量子纠缠，还有看起来似乎很形象的两个比喻：

1. 某位男士的妹妹在很远的地方生了一个孩子，虽然没有人告诉他，他自动就变成了舅舅。这种变化是瞬时的，超距的。

2. 一双手套，随机放进两个无法探测里面的盒子里，分别送到相隔很远的两个地方，只要打开其中一个盒子，立刻就知道另一个盒子里手套的左右，或者说，另一个盒子中手套的状态就确定了。

我们可以根据量子力学的基本定义，和其它基本物理定理，对量子纠缠给出如下论断：

• 量子可以是任意粒子，或者物质，所以量子纠缠可以发生在任意物质之间。

• 量子纠缠不需要时间，或者说，两端同时发生。而根据狭义相对论，存在空间距离的“同时”关系是相对的。所以这里的“同时”违背狭义相对论。

• 量子纠缠违背局域性原理，即任何影响，或者相互作用，不可以超过光速。

• 量子纠缠不可能是已知的任何一种相互作用。因为标准模型和广义相对论告诉我们，已知的基本相互作用都不可以超过光速。

• “动了纠缠粒子对中的一个，另一个就立即相应改变”，这是因果描述。然而所有的实验都只能证明存在相关，而不能证明存在因果。

• 如果两个事件的改变存在因果，则一定可以传递信息。量子纠缠不能传递信息，则一定不存在因果。

• 由于量子纠缠不能隔断，所以你不知道你眼前的任意物体，是否和宇宙中任意其它一个，或者一组物体，已经存在纠缠。当然，也就无法知道，发生在该物体上的变化，是不是因为宇宙中与它纠缠的物体变化引起的，或者，它的变化，是不是引起了宇宙中别的一个或者一组物体的瞬时变化。这样的物理世界无法还原，无法认知。

以上论断存在与现有基本理论的矛盾，或者逻辑上的不自洽。所以公开描述的量子纠缠概念是不对的。

可是，除了这一公开表述之外，再没有别的量子纠缠图像。

我们要注意，无数的Bell实验上只是发现了“纠缠的粒子”之间存在相关，而没有证明这种相关存在因果。因果受局域性原理限制，但是相关不需要。所以，量子纠缠公开描述中的“引起”一词没有根据，没有实验支持。

而根据全局诠释提供的薛定谔方程，以及量子的概念，量子纠缠是很平凡的概念。

全局诠释下的量子纠缠

前面已经说明，每个量子的波函数都是全局的。如果从用坐标表象，只要在任何一个点测量到粒子，那么我们立即知道其它所有的点都没有粒子。如果假定坐标只有两个选项，或者分成两个部分，那么这两个部分之间是否有粒子就是“纠缠”的，即，一旦在一个部分中发现，另一部分一定没有，这两个事件瞬时而且同时发生，相互关联。

但是这是哥本哈根诠释中测量的性质，如果认为这是纠缠，那么任何一个波函数都是纠缠的，单个粒子也是自我纠缠的（在不同测量值，或本征态之间）。

也就是说，纠缠是测量的属性，而不是新的性质。波函数坍缩描述，在哥本哈根诠释中，本来就是不需要时间的，在全空间瞬时发生，即，测量是全局事件，或者说，“非局域”事件。

量子力学中的量子可以是任何物质，只要可以用薛定谔方程描述，并没有限制为单个粒子。在多粒子情形，如果有相互作用，则应该用多体描述，如果没有相互作用，则可以用全同粒子描述。很奇怪，量子纠缠理论分析中，两种描述都没有用，而采用了一种可以证明两端测量存在相关的Bell不等式描述。

量子都是波，任何一列波的任意两点之间都存在相关。相干性是波的基本属性。而相干性的定义就是存在明确的相关，一般是值的变化只差一个相位。

所以Bell不等式实验只是证明了量子力学的最基本假定：量子是物质波，不同点之间的测量统计存在相关。相关在全空间任何时间都成立，不需要时间传递信息，也没有信息。

这里同时还暗示了一种区别波动诠释和纠缠诠释的实验判定方法。在波动诠释中，所有的测量统计都满足同样的波动规律，而纠缠描述认为，只有相互纠缠的两个粒子之间才存在相关。所以，如果实验中，在设置不变的情况下，如果存在时差，也就是肯定不是一对的粒子，也有同样的相关性，那么可以判定波动诠释成立，而纠缠描述是一种完全多余的假定。根据我们的了解，现有的Bell实验都刻意剔除了不同时的测量结果，只需要在同样的实验中，反过来做，剔除同时的测量结果，如果相关仍然存在，那么就是普通的量子物质波的性质。

全局近似诠释并没有提出新的假设，只是指出了基本粒子和相互作用的复杂本性，明确了薛定谔方程的物理意义，和该理论框架的近似本质。在全局诠释看来，量子纠缠不是新的现象，而是物质波的基本属性。无论是非局域性，还是远程相关，都是物质波的基本性质。

量子纠缠比喻的问题

量子纠缠的概念是多余的，公开表述中加进去的因果关系不存在，没有实验证明，逻辑上也不成立，所以是错误的。

那么，舅舅比喻和手套比喻的问题在哪里呢？

舅舅比喻：

在语言表述中，某人的妹妹，某人的舅舅，这种“的”表达的关系是全局性的，与时间无关，也不需要信息传递。这种关系没有物理联系。也就是说，从物理的，相互作用的角度看，他们之间毫无关系。语言中的“的”不是物理联系。谁变成舅舅了，根本不是一个物理变化，是一个物理上无法定义的问题。

再举一个例子。我可以认为，我的幸运星是北极星。我“的”北极星上发生的任何事情对我没有影响。如果我关心它，我对它的观测必须受物理定律，也就是局域性原理的限制。北极星上面现在发生的任何事情，我都可以用语言描述为，“我的北极星出了一个耀斑”，“我的北极星……”，如果是真实观察到的，一定是很多年前发生的事件，而现在正在发生的事件，我只能在很多年后才能知道。也就是说，我与我“的”北极星的非局域性联系是非物理的，不能产生物理联系。

这种“的”是没有任何限制的。我可以把宇宙中任何东西都变成我“的”。比如，我叫做M87的那个星系，我喜欢的那个人，……。如果“的”是一种实质纠缠关系，那么宇宙中任何两件物体都是实质瞬时纠缠的。这也正是“原教旨”非相对论量子力学中，薛定谔方程要求的，全空间势函数和边界条件的描述。

所以，该比喻的问题是把“的”这样一种非物理关系当成物理联系了。

手套比喻：

手套比喻中的“假定不可探测”和薛定谔猫的问题是一样的。也跟所有量子测量问题一样。坍缩是全局发生的，但是这是近似描述的波函数。

盒子中的手套是哪一只？我们不能回答这个问题，因为我们不知道。我们没有探测，而假设的前提又禁止你探测。如果接受不可探测的假定，就回到薛定谔猫的悖论。但是我们同样也可以不接受，因为宏观上，总可以追溯到手套放进盒子的时刻，比如问执行人，或者录像。

即使我们不能探测和追溯，我们也知道，盒子里面的手套是哪一只，是确定的。打开任何一个盒子，既不能改变这个盒子中手套的左右，也不能改变另一只。或者说，这是有确定实在性的隐变量情形，盒子装好之后，每个盒子手套的左右就确定了。

其实，手套“左右”，和一个粒子的“有无”，数学上没有差别。所以手套问题，就是测量问题。跟我们上面说到的，把一个粒子所在空间分成两部分，的例子是等同的。

对任何一个波函数的测量，只能做一次。因为一次测量之后它就全局坍缩了，再测量已经是对另一个体系的测量，与原来体系的性质无关。而一次测量，只能得到一个状态，一个状态是没有信息的。所以，手套，或者量子纠缠，都无法传递信息，因为体系根本不能加载任何信息。

所以，手套比喻就是简单的测量问题。测量的非局域“纠缠”性质来自于波函数的全局性。