12、量子离物传态实乃子虚乌有

从2016年2月22日第一篇博文 “开场白―神秘的量子力学” 至2017年9月28日第十一篇博文 “再论单光子偏振态是虚幻概念”，差不多一年半的时间，就我对量子力学的认识以及对国内量子力学状况的疑虑，该说的话已经说的差不多了，尽管统计信息表明累计有33716次阅读量（截止至2020年5月1日），但评论不过41人次，无论赞同、鼓励还是质疑，都形成不了话题，无法展开讨论。至今一下子又过去了两年半，我的观点一如既往，先前的十一篇博文再经审阅，除个别文字和枝节叙述之外，整体不需要更改，权当作立此存证，以观后效吧！ 但是，一方面感到言犹未尽，想要说的更明白一些；另一方面也觉得重要的事情不妨一说再说，因为眼见谬误泛滥，祸国殃民，自以为不能洁身自好，退藏于密。况且，道理是越说越明白的，只有在自己更明白的过程中，才能让人家也明白。

本文继续博文8的方式，即从最基本的认识着手，尽可能每次只探讨一个主题，既有利于集中论述，也便于读者有针对性的批评指正，期盼能在相互探讨的过程中抽丝剥茧、去伪存真。本文的题目是“量子离物传态实乃子虚乌有”，网上充斥着相关的大量传闻传言，归纳一下大致以三种类型最具代表性，分别是：1、事出有因；2、查无实据；3、胡说八道。下面逐项解读，主要是第1类和第2类，至于第3类，无暇多说。

具有代表性的第1个传言是这样说的：“量子力学中的所谓纠缠是这样一种现象：两个处于纠缠态的粒子可以保持一种特殊的关联状态，两个粒子的状态原本都未知，但只要测量其中一个粒子就能立即知道另外一个粒子的状态，哪怕它们之间相距遥远的距离。”我们说该传言“事出有因”，因为它来源于爱因斯坦等 (Einstein-Podolsky-Rosen 缩写为 EPR)的一篇论文，亦即他们在1935年设想的孪生双光子思想实验。该文在博文7中已经做过介绍，大体上的意思是：作为一个孤立的事件，可以认为在某个初始时刻，在某个坐标原点位置，因为某种机制、比方说正负电子对的碰撞湮灭，产生了一对孪生光子。在这样的前提设定下，根据经典力学总结出来的自然法则，考虑在过程前后湮灭的正负电子对和随即产生的孪生光子对之间的能量守恒、动量守恒和角动量守恒，也就是初始正负电子对和产生的孪生光子对各自总的能量、动量和角动量不变，按照普遍认可的初始条件，即初始正负电子对的总能量是它们各自质量与光速平方乘积的和，而它们的总动量和总角动量则相对于随后产生孪生光子对中单个光子的动量和角动量可以忽略不计，必然导致这对孪生光子除了各自的能量相等之外，它们的动量和角动量在数值上是相等的，但方向却是相反的。爱因斯坦等的设定及上述推理和判断，根据自然法则，以及所有可能的实验观察，都不存在任何疑问。问题在于随后进行的论证，借助于日常生活关于双胞胎的经验，不断有人争辩对其中一个光子某种特征的测量，便可以“同时”确定其孪生光子的同类特征，经过一些似是而非地论证，最终导致要么存在即时的超距作用，要么量子力学的不确定性原理并非普遍适用的结论，然而这是大部分人都不能接受的，被称作EPR佯谬。据说爱因斯坦对此有极为直白简洁的解释：“他坚信一对纠缠态的粒子更像是一双手套。想象把一双手套分开放置于两只箱子中，然后一只箱子交给你保管，另一只箱子则放置于南极洲，在你开箱以前并不知道箱子里放着左手或右手的手套。然后你打开箱子，如果看见左手的手套，在这瞬间，就算没人看过南极洲的箱子，你也能够知道那里装的是右手的手套。这一点也不神秘，你打开箱子，显然不会影响到另一只箱子里的手套。你身边的这只箱子装着左手的手套，而南极洲的那只箱子则装着右手的手套，这是在当初分装时就已决定了的。爱因斯坦相信，所谓的纠缠态只不过如此而已（该据说来源于《自然与科技》杂志2014年，作者卞骥）”。当初EPR发表文章的时候，英语中还没有纠缠态(entanglement)这个词汇，就更不要说与此词汇有关的任何概念了，如果我们将上述传言中的纠缠字语去掉，改写成：“量子力学中存在这样一种现象：两个粒子之间可以保持一种特殊的关联状态，它们的状态原本都未知，但只要测量其中一个粒子就能立即知道另外一个粒子的状态，哪怕它们之间相距遥远的距离。”其实这不过某种自然现象或者人工布置的一般陈述而已，与是否归属于量子力学无关，倘或我们进一步去掉其中的量子力学字语，将粒子改换成手套，那么就成了上述爱因斯坦直白简洁的解释，这和测量或者不测量没有关系，也不存在即时的超距作用，所以说传言1 “事出有因”。

具有代表性的第2个传言是这样说的：“所谓量子纠缠是指两個（或多個）粒子共同組成的量子状态，無論粒子間隔多遠，測量其中一个粒子必会瞬间影響其它粒子，被稱为量子力學非定域性”。和前述传言1对照，不难发现根本的差异在于所谓纠缠粒子的相互关系，传言1并没有说它们之间存在相互影响，而传言2则声称在测量其中一个时会瞬间相互影响。到今天我也没有搞明白传言1是如何演变成传言2的，我所知道的量子力学经典著作中根本没有这种说法，我认为传言2是对传言1的蓄意曲解。说传言2 “查无实据”，是因为所谓的验证实验在理论上是不成立的，具体论述详见本人的博文8 “单光子偏振态是虚幻概念”和博文11“再论单光子偏振态是虚幻概念”，部分转述如下：“单光子偏振态是多光子纠缠和干涉度量学赖以生存的基石，1997年由奥地利物理学家Zeilinger领导的科研团队，借此概念最先给出量子离物传态的实验报道，论文发表于学界顶级刊物Nature，他当时来自中国的博士研究生潘建伟在其中起到重要作用，论文作者排序第二。”……“由于量子力学的神秘感已经被渲染的云里雾里，普通人很难明辨，因此需要返璞归真，从最简单明辨的事件着手，我以为可以是上述那个令潘建伟声名鹊起的量子离物传态实验，在于他们采用单光子偏振态作为待传递的量子态，正如前面已经论证的那样，光子没有偏振的概念，…用单光子偏振态作为待传递的量子态去证实量子离物传态的实验，…是不可相信的。”

无论是博文8 “单光子偏振态是虚幻概念”还是博文11 “再论单光子偏振态是虚幻概念”，反复论述的都是光子没有偏振的概念，但是鉴于光子偏振的概念根深蒂固，且不说它源自于量子力学大师狄拉克的《量子力学原理》，仅就国内而言，则有那本获奖、具有极高声誉并有广泛影响的量子力学教科书，说的是“光子还可以有两个独立的偏振态”, 以及“…因此只能认为：一个偏振光束中，每一个光子处于一定的偏振态。线偏振光束中的光子处于线偏振态…[1]”。事实果真如此吗？在博文8和博文11中都曾举例说明，尽管空气静止不动但空气中的分子却处于不断运动的状态，尽管金币有特别的色彩但金原子却无颜色可言。即是说宏观不具备的特征，微观可能具备；宏观具备的特征，微观可能不具备。由此可以判断：“从光波宏观上的偏振状态，并不能自然导致在微观状态下，组成光波的光子也具有同样的偏振状态”。本文则再举出一个例子，试图做出进一步的说明，众所周知或者查一下百度就可以得悉，石墨和钻石（金刚石）是形状有巨大差异的物品，前者漆黑如墨，后者晶莹剔透，更不要说前者柔软到可以充当润滑剂，后者刚硬到可以切割玻璃，以及诸如密度、熔点、等等方面的不同。仅以颜色而论，能以石墨的黑色而判断组成石墨的原子也是黑色的吗？或者以钻石的透明而判断组成钻石的原子也是无色的吗？显然都是不可能的，因为到原子的层面，根本就没有了颜色的概念。更何况无论石墨还是钻石，都由单纯的碳元素组成，由碳原子按照不同的晶格排列形成的同素异构体。石墨中的碳原子，或者钻石中的碳原子，就碳原子而言是一样的，没有任何差别，而且不具备诸如颜色、硬度、密度、熔点等整体（晶体）状态下才有的物理特征。籍此再次重申，决不能认为“线偏振光束中的光子处于线偏振态”，光子如同所有其它的微观粒子一样，没有形状的概念，当然也就不具备可以归属于形状概念中的偏振。对于潘建伟参与的那个量子离物传态实验以及后续由他领衔完成的从3光子纠缠直到10光子纠缠的实验报道，国内外固然充盈着溢美之词，但也不乏质疑和否定。即便仅仅根据博文8、博文11以及上述的进一步论证，也可以判断正因为这些实验凭借的是在理论上就不存在的单光子偏振态概念，所谓的实验结果，无论说的如何天花乱坠，都是自吹自擂，如同空中阁楼，没有真实的实验基础，根本就不可能实现，甚至还比不上水中月、镜中花，所以说传言2 “查无实据”。

具有代表性的第3个传言是这样说的：“为什么我们不可以大胆一些，不可以想象：由各种各样分子组成的人，也可以在瞬间，带着他所有的记忆，带着他的品质，带着他的痛苦和欢乐，甚至包括感冒，传输到遥远的地方？（《中国青年》2004-12-30潘建伟说）”。之所以说传言3  “胡说八道”，因为该传言根本就不可能成立，不仅现在不可能，将来也没有可能。如同妄图制作永动机一样，因为违背能量守恒原理，无论过去、现在还是将来，都没有可能实现。所谓量子离物传态至少违背光速不变原理，直接导致的就是违背因果规律，对此完全不要相信，所以说该传言“胡说八道” 。

参考文献

[1]  曾谨言，《量子力学》（第二版），科学出版社，1997年，卷Ⅱ，p.406；卷Ⅰ，p.55