再从《缠绕的意念》说起

昨天（2017.5.2）应思客读书会的邀请，为大家再次进行了一次《缠绕的意念》分享。

一、关于缠绕

所谓缠绕（Entanglement），它是量子力学的那个特性（THE characteristic trait of quantum mechanics——薛定谔说的）。要理解这个定义，先要理解另一个定义。

1. 定域

按照相对论的理论，我们这个宇宙中信息传递的最高速度是光速c。所以，没有任何信息可以真正地瞬时传递。事件发生的地点与观察该事件的地点的距离除以光速，是该事件发生的“信息”传到该观察地点所需要的时间。比如说，太阳距离我们8分半钟的距离，所以如果太阳在你看到这句话的时候毁灭了，我们必须等到8分半钟之后才能观察到这个事件；半人马座阿尔法星是距离我们最近的恒星，它离我们有4.7光年，所以这颗星球上发生的事情，我们要等4.7年之后才能知道。如果我们要和半人马座阿尔法星的人进行通讯，在现有的通讯基础上，需要9.4年才能完成一个来回（round trip）。

我们将时间变换为空间，也就是说，一个事件的发生（以及由此引起的因果关系）必然有一个空间的范围（域）。在这个域范围之外的，不受这事件的影响（没有因果关系）；反之，在这个域之外的事件，也不会影响这个域内的事件（没有因果关系）。在物理学中，这个域可以用下面的这张图加以形象的展示：

这是一个光锥（Light Cone）。

我们再将这个概念加以通俗化的理解：一个事件的发生不能瞬时影响到别处的另外一个事件（假定这两个事件之间有因果关系）。这就是物理定律中的定域性原理（Principle of locality）。

So far so good, right?

2. 概率、波函数和不确定性

从牛顿的经典力学体系出发，我们已经习惯于“确定性”。我们观察一个小球在光滑斜坡上的滚动，我们通过测量时间以及该时间点小球的位移，我们可以计算出小球的速度、加速度……这些都是有公式可以推导的。而且，如果我们的信息越多（比如知道斜坡的滚动摩擦系数），我们就能更精确地进行计算和推定。

确定性是物理学（以及诸多科学）的基础。它也有着重要的哲学基础。我们不愿意生活在一个不确定的世界中，而且对确定性（也就是对各类规律）加以了解和掌握后，人就成为“主宰”。Alas，这是多么美妙的感觉！正如波普为牛顿写的悼词所云：

自然和自然的法则隐藏在黑暗之中。
上帝说：让牛顿出世吧，
于是一切豁然开朗。

但是！量子力学出现了……这个搅局者说：没有确定性！一切都是随机的！不要天真地认为氢原子的电子在一个固定的轨道上绕着氢原子核做周期运动！这个电子“弥散”在原子核周围，形成一团电子云，电子云的“浓度”表示了电子出现在某个位置的概率！这个电子确切的位置没有任何意义！如果我们去观察这个电子，只能说“它有x%的概率出现在y”这个位置。 如果这一基本事实不能确定，所有基于这一基本事实的事实何谈因果？何谈确定？

3. 观察

很久以来，人们一直认为，人的观察（包括通过仪器进行的观察）对物理事实不会有任何影响。不管你用什么方法去测试，在计算了误差之后，重力加速度g必然是一个常数；电荷常数e也必然是一个常数……这些常数是隐藏在我们这个宇宙的深层架构中一些东西决定的。这些东西不会因为人的观察以及观察方式的不同而不同。

但是，在量子领域，这个想法受到了重大的挑战。观察不再是一个纯客观的行为，它会对观察的结果产生直接的影响。考虑这样一个情形：

我们用一个光子去测量一个电子的位置。电子“是如此地小而轻，以至于光子对它的撞击决不能忽略不计了。……它回来怎么报告呢？是的，我接触到了这个电子，但是它给我狠狠撞了一下后，飞到不知道什么地方去了，它现在的速度我可什么都说不上来。”（引自《上帝掷骰子吗》，p155）。

海森堡经过一番计算，得出了一个著名的公式：

\sigma_x\sigma_p\ge\frac{h}{4\pi}[\latex]

这个公式是20世纪三大定理之一（另外两个中一个是爱因斯坦的相对论，一个是哥德尔的不完备性。三者都是“否定性”的定理）。将它翻译成大白话，就是：

我们越是精确地测量到位置，那么对动量测量的误差就越大；反之亦然。换句话说，我们永远无法同时准确地观察的一个物体的位置和动量。

注意！这不是因为我们的观察设备不够精确、或者我们的观察方法不够精细造成的误差！而是物理世界内含的深刻本质。无论我们如何改进我们的观察方法和观察设备，这个误差一定有一个必然的下限。

观察还有一个重要的特性。一旦进行了观察，就会将2中所讲到的“随机性”抹除，一个原本按照概率演化的波函数并固定了下来（虽然被固定为怎样我们无法事先得知）。这是一个“塌缩”：事件从无穷多可能性中选择了一个呈现给我们。

我们简单讨论了：定域、不确定性和观察。现在让我们进入缠绕。

假定有两个光子从某个源射出并已经缠绕在一起。那么根据守恒定律，这两个光子的自旋一定是相反的（一正一反）。但是我们不知道哪个光子正转，哪个光子反转。这两个光子在宇宙中旅行了一年。其中一个光子来到了我们的地球，我们对它进行了观察，发现它是正转的。那么于此同时，另一个与它相聚两光年的光子会立即呈现反转的特性！

我们对地球光子的观察事件在瞬时改变（或者说确定了）2光年以外那个原来自转状态不确定的光子的自转状态！

这就是缠绕最让人头痛不已的情形！这一观察行为和结果是违背定域性原理的！

二、意念或者说意识的产生

人的意识是如何产生的？

我们很多人从小就接受唯物主义的教育，物质决定意识。但是至少到目前，对人意识的产生机理并没有任何合理的解释。一种说法是，人的意识之所以产生是因为自观察的结果。于是量子态不断塌缩，形成了我意识中的我。

是不是很玄？老实说，到了这个领域，所有的科学理论几乎都噤声了。我们没有解释。

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昨晚的分享我个人觉得还是很成功的。也许是因为自从看到《缠绕的意念》后，过去两年的时间里我就一直在思考这些问题，所以也正好趁此机会和大家分享一些我的想法。

老书新读，收获也就是在于此吧。