《量子纠缠》｜心电感应、时空穿梭等超自然现象是怎么回事？
未知能激发探索的力量，而好奇心和求知欲是推动人类进步的根本力量。
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核心书摘
《量子纠缠》的作者资深科学作家布赖恩•克莱格梳理了量子理论的历史，还指出了这种理论的现实应用。纠缠是量子粒子之间的连接，是宇宙的结构单元。一旦两个粒子发生纠缠，当一个粒子发生变化，另一个粒子也会立刻有反映。这也与今天的区块链、投资息息相关。本书虽然从物理理论谈起，但全书没有艰深的公式，而是深入浅出，可读性强。
适合谁读
· 物理学家
· 投资人
· 对奇异事件感兴趣的人
关于作者
布赖恩•克莱格，毕业于剑桥大学物理系，曾为众多杂志撰写专栏、特稿和评论，作品有《无限简史》、《科学第一人：罗吉尔•培根生平》、《光年：人类为光痴迷的离奇故事》。他的作品已经被译成十种语言，在多个国家广受欢迎。
学什么？量子力学如何降低投资风险
心电感应是真实存在的吗？瞬间移动、时空穿梭等是否真的可行？物理学家认为，这些都是可能发生的，并且据此提出了量子纠缠理论。
量子纠缠是指两个粒子之间存在着强大的关联。这种关联不受时间和距离的限制，一个粒子发生变化，另一个粒子也会有相应的反应。
把量子理论的这一特点与区块链技术相结合，设计一个相应的资本市场，能大大降低各种投资风险，把今后几年的盈利提前变现，给更多人创造获得财富的机会。
你还会发现
· 什么是“EPR悖论”；
· “量子纠缠理论”的由来；
· 量子技术会给人类生活带来什么影响。
第一站：量子力学
20世纪是现代物理学的世纪。19世纪末20世纪初，一些科学实验表明，物理学进入了新的领域，其中许多事实无法再用以前经典的物理学知识来解释了，比如黑体辐射实验。黑体是一种研究热辐射的标准物体，在理想情况下，它能吸收任何外来辐射，而且不会发生反射。
在黑体辐射实验中，物理学家想解释影响热辐射转化的条件是什么。然而，他们利用以前的物理知识试图解释其中的规律，却都以失败告终。就这样，经典理论的局限性暴露了出来。
1900年，普朗克为了克服经典理论的局限性，引入了能量子概念，认为能量的吸收和发射是不连续的一份一份的，而不是以前普遍认为的连续的。这个概念的提出，成功地解释了黑体辐射的规律，并为量子理论的提出奠定了基础。
但普朗克本人却并没有感到多么开心，他并不满意量子理论，甚至觉得有些荒唐。他认为，“量子化只不过是一个走投无路的做法”。不过谁也没想到，他口中“走投无路的做法”却会在后来开辟出一条全新的道路。
事实上，量子论与经典理论产生了矛盾，其矛盾点就在于能量的不连续性，从经典理论来说，这是绝对不允许的。这个矛盾引起的效果，就像是投向湖面的一粒小小的石子，在物理学界激起微弱的涟漪后，便沉入水底。之后，物理学界又重新归于平静。
虽然普朗克提出的量子论没有引起人们的普遍关注，但阿尔伯特·爱因斯坦却慧眼识珠，发现了量子论的重要性。随后，他就在前人的光电效应实验基础上，利用普朗克的能量子概念，提出了光量子假说。
其假说建立在光和原子、电子一样都具有粒子性的假设之上，因此认为光是由一个一个有限的部分组成，爱因斯坦将它们称之为光量子，简称光子。
光量子假说的提出，为量子理论的发展打开了局面。尼尔斯·玻尔、沃纳·海森堡、埃尔温·薛定谔、沃尔夫冈·泡利、路易·德布罗意、马克斯·玻恩等一大批物理学家纷纷投身其中，在他们的共同努力下，研究物质世界微观粒子运动规律的量子力学逐渐发展起来，并成为现代物理学的两大支柱之一（另一个支柱就是著名的由爱因斯坦创立的相对论）。
在那之后，许多经典物理学无法解释的现象，都被量子理论一一解释了。而从量子理论中建立起来的量子力学，也登上了物理学的舞台，并开始了世界巡演。
第二站：量子纠缠
量子纠缠到底是怎么回事？别急，我们先来看一个小故事。物理学家贝尔有一位同事叫伯特曼，这个人有些奇怪，咱们大多数人都喜欢对称的东西，一双鞋、一双袜子等等，这些成双成对的东西就是为了迎合我们人类“喜欢对称”这个喜好设计的。
但贝尔的那个同事伯特曼偏偏反着来，平时就喜欢穿不对称的袜子，每只脚上穿的袜子的颜色都是随意的、都不一样。
当然我们可以说伯特曼脚上的两只袜子颜色是独立的，但它们之间又总存在一个关联，当我们看到他一只脚上穿粉色袜子时，肯定可以得出他另一只脚上的袜子不是粉色的结论。
这样我们就可以通过对一只袜子的观察得到另一只袜子的信息。而它们颜色的关联源于一个共同的原因，那就是伯特曼的决定，这或许就是最简单的“纠缠”了。
我们今天讲的“纠缠”，是微观物理界的一种现象，爱因斯坦曾用一篇论文，打开了“量子纠缠”世界的大门。
1935年，在普林斯顿高等研究院，爱因斯坦协同研究员波多尔斯基和博士后罗森，合作完成了论文《物理实在的量子力学描述能否被认为是完备的？》，并将这篇论文发表在《物理评论》杂志上。在这篇论文里，他们试图用一个思想实验来论述量子力学的不完备性。
由于这个实验是三人共同完成的，所以就被物理学界称为“EPR悖论”也叫“EPR佯谬”（EPR是他们三人名字的第一个字母）。（“佯谬”字面意思是假的错误，在物理学上是指看上去是一个错误，但实际上不是的理论。研究佯谬，可以增强科学认识能力，活跃思维，引导人们不断深入探讨自然界的奥秘。）
这个思想实验大致是这样建立的：假如一个在某个中心点自旋为零的粒子，衰变成了两个半自旋的粒子，我们给它们起个名，一个叫A粒子，一个叫B粒子，它们沿着相反的方向做直线运动，因为原来没有衰变前的粒子自旋为零，基于角动量守恒定律，两个粒子加起来的总自旋必须为零。
当我们测量A粒子的自旋时，B粒子都会在相反的方向上自旋，不管这两个粒子之间隔了多远，也就是说对A的测量可以影响到B的状态，这个实验证明了超距作用的存在。
这个思想实验和我们刚刚提到的伯特曼的袜子有异曲同工之处，或者我们还可以用一个更加生活化的场景来说明这种现象。
假设在一个太空站里，有一男一女两个人，其中一个人开着飞船走了，但TA不太地道地把另一个人扔下了。如果我们和太空站以及飞船没有任何联系，光靠想象是没办法知道到底是男人开走了飞船还是女人开走了飞船。
对吧？但假如我们通过天眼，对太空站进行了观测，确定被留下来的是女人，那么不论飞船飞了多远，我们都能在瞬间确定开走飞船的是男人。这就是EPR佯谬的思想实验要说明的道理。
EPR论文发表后，引起了奥地利物理学家埃尔温·薛定谔的关注。他在读完EPR论文之后，将自己的心得和感想写信告诉了爱因斯坦。在这封信里，他最先使用了“纠缠”这个术语。
在物理学领域，纠缠被用来描述微观世界粒子之间的关联，它的基础思想是，微观世界由无数微小的粒子组成，两个粒子之间的纠缠超越了时间和距离的限制，不论距离有多远，彼此之间都会保持着强大的关联。
这听起来有点难以理解，甚至匪夷所思。通俗地说就是，一旦微观世界的两个粒子发生纠缠，当一个粒子发生变化，几乎同一时间就会在另一个粒子身上反映出来，不管它们是在同一间实验室，还是相距数亿光年。
这被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”，所以量子纠缠被所有人形容为量子力学中最古怪、最离奇的东西，谁也说不清楚在其中起作用的那股神秘力量到底是什么，就连爱因斯坦本人也无法解释清楚，直到现在，依然如此。
尽管量子纠缠如此神秘莫测，它也依然打开了新世界的大门，让人类有机会探索许多悬而未决的超自然谜题,从而获得更多人类进步的可能性。也许在此之前你从没听说过量子纠缠，但你总听说过心电感应、瞬间移动、时空穿梭等超自然现象吧？物理学家认为，这些都与量子纠缠有关。
事实上，在这样的观点形成之前，我国古代早已对一些超自然现象进行过思考，并记录了下来。在那部不朽的唯物主义哲学文献《论衡》中，就记载了一篇曾参母子之间的离奇故事。
曾参是孔子的得意门生，也就是儒家学派的思想家“曾子”。他少时家贫，常常独自上山打柴，来减轻父母的负担。有一天，曾参又上山打柴去了，留下曾母一个人看家。说来也凑巧，曾参刚走一会，就有客来访，要找曾参。
客人看到家里只有曾母一个人，于是就打算先告辞离开。但人来都来了，也不能让人白跑一趟，于是曾母就想着替曾参把客人留下，告诉客人曾参一会儿就回来了，让他稍等片刻。
可曽母只是这么安抚客人，她哪里知道曾参什么时候回来呢？但如果曾参长时间不回来，客人可能又要走了，那可不行，得赶紧通知曾参，让他赶回来。
这事要放在现代，不就是一个微信、一个电话的事吗？但问题是，古代可没有手机，那曾母该如何通知山上的曾参呢？我们都知道，那时候，短距离通信基本靠吼，交通基本靠走，也就是说曾母要么自己去山上把曾参找回来；要么就托人去把他叫回来。
但曾母既没托人去，也没亲自去，只见她撩起袖子，在自己的左臂上狠狠地掐了一把。也许你会觉得纳闷，曾母这是什么意思？答案先按下不表。
没多会儿，只见曾参满头大汗、气喘吁吁地跑回家来，他一进门就着急忙慌地问曽母：“我的手臂刚刚为什么会疼？您遇到什么事了？”说到这里，曾母自掐左臂的答案已经不言自明了。
这个听上去有点灵异的故事一直以来，都被用来说明“母子连心”和“心电感应”的存在，由于条件所限，古人对这些离奇现象的思考也只能点到为止，而现代的许多科学理论却为人们提供了探索的条件。
因此，我们才能在本书中了解到，那些超自然谜题，也许并不是什么离奇的灵异事件，而是一个个难解的物理题，而量子纠缠理论就是物理学家们用来解释其中原因的基本理论。
第三站：量子技术的应用
纠缠为两个粒子之间提供了一种秘密的连接，如果能将这种关联加以利用，那么许多以前认为是不可能完成的任务在以后都将得到圆满解决。
美国IBM公司是较早进行量子纠缠的实际应用研究的大型商业公司，IBM的工程师查尔斯·班奈特首先想到的是将量子纠缠应用到信息传输方面。1993年，班奈特领导科学家小组进行了一次思想实验。
他们假设有A、B、C三个原子，实验任务是把A的信息传送给C。第一个步骤是，先在B和C之间建立纠缠关系；第二步是让A和B达到纠缠态。这样一来，A的信息就会转移到B。第三步，由于B和C是最先建立纠缠关系的，所以在B和A达成纠缠态的同时，它所携带的信息就已经转移到C了。
在这个过程中，原子A内的信息已经被销毁，同时A并没有移动到C所在的位置，而B和C的距离在理论上可以无限远。这个实验为量子态隐形传输提供了理论基础。
21世纪，量子态隐形传输在量子通信领域得到了大力的发展。量子通信有着传统通信无法比拟的安全性，这是因为具有纠缠态的两个粒子，会分别位于通讯双方手中，人手一个，其中一个粒子的量子态发生变化，另外一方的量子态就会随之立刻变化，而且根据量子理论，宏观的任何观察和干扰，都会立刻改变量子态，因此窃取者由于干扰而得到的信息已经发生了变化，并不是最原始的信息了。
量子通信极强的安全性，让世界各国纷纷加快了对量子通讯技术的研究和开发，2016年8月16日，我国率先在酒泉卫星发射中心，成功发射了自主研发的量子通信卫星“墨子号”，这在全世界范围内都是首次，这也标志着人类在量子通信方面开始迈出了重要的第一步。
除此之外，量子的不确定性，还赋予了量子计算机超强的计算能力，理论上，量子计算机的运算速度可能达到现代计算机数百倍甚至更多，因此，量子技术在量子计算领域也受到了广泛重视，IBM、谷歌、微软以及日本的数家企业与研究机构，都参与了进来。
以IBM为例，其实早在1993年以前，IBM就开始了量子计算机的研究，到目前为止，它已经在这一领域进行了35年的研究，累计投入研发资金高达数十亿美元。正是得益于不懈的投入和研发，IBM在2017年11月宣布，成功地研发了具有类似性能指标的50个量子比特（量子计算中的信息量单位，相当于现代计算机中的比特）原型机。
这是一个什么概念呢？通俗点说，50量子比特的量子计算机，每秒的运算速度应该是2的50次方=1125亿亿次，而目前世界最强的超级计算机是神威·太湖之光，运算速度是每秒9.3亿亿次，二者之间相差一百倍。
与蓬勃发展的量子通信不同，量子计算目前还处于初级阶段，还有许多技术难题需要一个个去攻克。因此，虽然这些原型机看上去非常先进，但距离真实的应用还有不小的距离，但一旦在技术上有所突破，它对世界的影响和改变也将是颠覆性的。
我们前不久还读过另外一本书：《区块链，量子财富观》，书中以区块链为基础，结合量子理论，设计了一套量子财富模型，提出如果以量子财富观的理论模型为指导，设计一个相应的资本市场，就能大大降低目前普遍存在的各种投资风险，把10年甚至20年之后的盈利提前变现，这一设想如果能够实现，也将是对现有金融体系的一次颠覆，也会给更多人创造获得财富的机会。
总结
到这里，我们的时间之旅已经到达终点。本书作者克莱格作为向导，向我们介绍了20世纪，量子理论的提出与发展；接着又为我们介绍了匪夷所思的量子纠缠，虽然到目前为止，粒子之间“鬼魅般的超距作用”到底是什么？它们之间为什么会有不受距离限制的强关联性？等问题还没有得到圆满解答，但人类研究和发现的目光已经看到了它，那么距离它被解决就已经为时不远了。
当远离日常生活经验的一些现象，无法用经典物理学来解释时，量子力学应运而生。它远离日常，却不脱离日常，量子力学一定会对我们的生活产生巨大的影响，从量子力学中衍生出来的量子通信、量子计算等应用，还只是量子革命的开始。量子纠缠的发展潜力无法估量，因为其中还存在许多未知，而每一个未知都代表着一个或多个进步的可能性。
未知能激发探索的力量，而好奇心和求知欲是推动人类进步的根本力量，所以，随着人类对量子世界奥秘的不断探索，必然有一天，我们能够清楚解释“鬼魅般的超距作用”是如何产生的，到那时，我们的世界又会迎来一场新的变革，探索之路也将会变得更加宽广无边。
恭喜你和“今今乐道”读书会一起读完了你生命中的第1220本书，希望今天的内容能给你有益的启发。（拆书人：Celia）
《量子纠缠》金句：未知能激发探索的力量，而好奇心和求知欲是推动人类进步的根本力量。
利用两个粒子之间的强大关联，进行技术研发，实现技术上的重大突破，为人类的生活带来更大的利益。
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