量子纠缠告诉你，你和你女朋友是不是真的有心灵感应

是你的心？

还是我的心？

2018年的小天，一不小心就中了韩剧的毒。先是以一种极其疯狂的姿势迷上了一部叫《不是机器人》的韩剧，然后就开始天天给超模君喂安利，最后甚至变本加厉，直接拉上超模君跟她一起煲剧。

然而，这对于看电视只看《走近科学》和《科技之光》的超模君来说，一集下来，好像就只是讲了女猪脚在不知道什么是量子什么是量子物理的情况下，利用量子纠缠原理（quantum entanglement），做出一个美其名曰“心形球”的这么一样东西的一个励志且鼓舞人心的故事。

电视剧里，当女猪脚这样介绍到她的发明的时候——您有心爱的人吗？您有想要安慰的人吗？不管在世界的哪个地方、哪个角落，只要有这个心形球，就可以传递你的爱。

超模君欣喜若狂：“此等神奇之物，莫非就是人们常说的心灵感应？！吾于此地对你万般思念，汝于远方感同身受，着实是温馨浪漫，妙哉妙哉。”

然而在1988年，美国国家科学院公布了这样一个结论:'经过了130年对心灵学现象的研究，没有科学的证据能证实其（心灵感应）存在。'也就是说，心灵感应其实是一种伪科学。

那既然是不科学的东西，超模君就不讲了。回到电视剧上，超模君今天给大家讲讲量子纠缠的故事。同样浪漫，更加温馨。

首先，我们通过物理学家贝尔和他同事伯特曼的故事，来看看最原始的“纠缠”。

大物理家贝尔有一个特别奇葩的同事，他叫伯特曼。为什么说他是奇葩呢？因为他有一个很奇葩的爱好——穿袜子喜欢穿不同色的。

有一天，伯特曼到实验室上班的时候，贝尔一眼就瞅见了他刚伸进来的那只脚上，明晃晃的骚粉色袜子，于是对伯特曼说了这么一句话：“你另外一直脚上的袜子肯定不是粉色的。”

伯特曼很吃惊，问道：“你怎么知道的？我这只脚还没伸进来呢。”贝尔笑而不语。

/每个男生都有一个公主梦，伯特曼也不例外/

其实道理相信大家都懂。

因为伯特曼喜欢穿不同颜色的袜子，所以即使他每只脚上的袜子颜色再随机，也总是会存在着这样的关联——当我们看到他一个脚上穿的是某个颜色的袜子的时候，根据伯特曼的这个特殊喜好判断，那他另一个脚上的袜子一定不会还是这个颜色的。

也就是说，我们可以通过对一只袜子的观察，而得到另一只袜子的信息。而两只袜子之间存在的颜色关联，就来源于伯特曼最初的决定。

这就是最简单的纠缠了。

那准确来讲，量子纠缠到底是什么呢？先来段官方解释：

“假定由一个在某一中心点自旋为零的粒子衰变产生两个半自旋的粒子——我将其称为电子和正电子（也即反电子），它们沿着相反方向做直线运动。由于角动量守恒，电子和正电子的加起来的总自旋必须为零，这是因为原先中心粒子的角动量为零。这个试验的含义是，当我们在某一个方向测量电子的自旋，无论我们选择什么方向，正电子都在相反的方向上自旋！这两个粒子可以相隔几英里甚至一光年那么远。然而对一个粒子的测量的选择似乎瞬息地固定了另一个粒子的自旋轴。”

是不是看着就头疼？那在读懂「纠缠」之前，我们先来看看什么是「自旋」（spinning）好了。

其实基本上所有的粒子，都有一种称之为「自旋」的特性。虽然他们并不是真正意义上的旋转，但是用旋转来形容这种特性还是最合适不过了。

它们有角动量（angular momentum)，而且在空间中也有特定的方向，甚至更厉害的是，我们还能测量出这种自旋的方向。

当然，在这之前，我们得先规定好我们的测量方向。就像我们画坐标轴的之前，要先规定一个正方向一样。那在这种情况下，我们的测量结果就只能有两种。

第一种情况，粒子的自旋方向跟规定的测量方向一致，我们把它称为上自旋。

/上自旋/

显然，第二种情况就是当自旋方向跟规定测量方向相反的时候。这时，我们把它称之为下自旋。

/下自旋/

于是就会有人问，那如果粒子的自旋方向，跟我们的测量方向刚好垂直的话，那怎么办？

怎么办?那就看粒子自己怎么选咯。

实验结果表明，在自旋方向和测量方向垂直的情况下，上自旋和下自旋的概率是一半一半。换句话说，粒子喜欢往哪个方向拐，它就是哪个方向。

/50%的概率是上自旋，50%的概率是下自旋/

而且有一点特别可爱的是，这些粒子还特别懒。一旦在这种情况下拐了弯，它们就会一直保持着这种方向继续它的“旋转跳跃”，而不会选择自己再拐个弯儿回去。（跟超模君一样懒）

通过这一点我们不难发现，其实测量是会改变粒子的自旋方向的。

但是这个时候，又有人问了：“那如果粒子的测量方向，既不平行于测量方向，又不垂直于测量方向呢？”

这种情况就更好解释了，比如当粒子的自旋方向跟测量方向成一个60°的夹角的时候。

很明显，这个时候粒子的自旋方向其实跟我们测量方向已经很接近了。在这种情况下，它既可以选择顺时针旋转60°通过面前的障碍，也可以选择逆时针转120°钻过去。

当然，如果受到生活的压迫，它们偶尔也得一些做出违心的选择。比如说这个时候：

反正综合种种原因，我们发现在这种情况下，粒子有75%的概率会选择上自旋，剩下的25%会选择下自旋。

说是这么说，但这个概率其实还是有据可依的。

/夹角一半的余弦平方公式/

然后我们回到「纠缠」这个问题上。

由爱因斯坦和他的小伙伴提出的量子纠缠，是建立在两个粒子的基础上的，而且这两个粒子，还需要在一定的环境条件下形成。比如，从能量中自发形成。

根据角动量的守恒定律我们能够推出，如果一个粒子的自旋方向被测量出是上自旋的话，另外一个粒子的自旋方向不需要测量都知道应该是下自旋，无论它们相隔多远。而前提就是，这两边的测量方向都要相同。

放在这里的话，意思就是，挡在这两个小人面前的镂空挡板的箭头方向，必须相同。只有这样，测出来的两个粒子的自旋方向，才会一定是相反的。

想象一下，当你在中国测出了其中一颗粒子的自旋方向是上自旋之后，马上就知道另外一颗身处遥远美利坚的粒子，它正在以一种下自旋的方式，舞动着自己美丽的身姿。多酷！

/上自旋的谢腾飞/

但是现在问题来了，这两颗粒子隔那么远，另一边粒子总得先知道我这边的粒子朝什么方向旋转，才能决定自己该朝什么方向转吧？！那它到底怎么知道的呢？

量子力学告诉我们，粒子的自旋是极其随机的。随机到，即使是测量的前0.0……1秒，粒子自己都不能准确知道自己的自旋方向到底朝那边。所以这两颗粒子之间，根本就不可能存在所谓的“事先串通”。

那到底这两个粒子之间，到底是怎么做到在这么短的时间内互通消息的呢？莫非是真的有心灵感应？还是说它们会一种超越光速传递信息的魔法？

爱因斯坦等人并不认同这种超越光速的信号传播方式的存在，但是他们又不得不承认这个发现的神奇之处，所以最后就把它命名为“鬼魅似的远距作用”，也叫做“神鬼级的远距离相互操作作用”

那既然不可能有这种超过光速的信号传播，那么说这两个粒子在观测前是“随机且不确定的存在”显然是说不过去的。所以，爱因斯坦并不同意量子力学中，粒子的自旋是随机的这种说法。

他们认为，出现这种现象的唯一的可能就是，这两个粒子从分离的一刹那开始，自旋状态就已经确定了。而后来人们所谓的测量，只不过是得到了这种状态的信息而已。

那种说粒子在测量之后才知道其自旋方向的说法，很明显就违背了相对论的原理，因为这里面分明就涉及到了信息的瞬间传播。从这一点上看，量子力学肯定是有毛病！(超模君给您发送了666)

爱因斯坦的言论一出，马上引起了大量拥护量子力学的物理学家的强烈反对。这些人通过大量的实验向爱因斯坦一行人证明，量子力学是正确的。而爱因斯坦和他的小伙伴发起的这场诘难，也被人命名为“EPR佯谬”。

虽然，量子纠缠的不确定性和超距作用实在是神奇得让人难以理解，但是可以肯定的是，在这种复杂的纠缠中，想必一定会存在着前所未有的新资源。而这种资源，一旦被发掘出来，肯定会打造出量子信息发展进程中的一座新的里程碑。

本文系网易新闻·网易号“各有态度”特色内容

部分截图来源于优酷视频《新来试试这些！量子纠缠幽灵行动在一定距离内》