不管两个粒子(有共同来源)距离多么遥远,一个粒子的变化立即就影响到另外一个粒子,这就是量子纠缠。准确来说,所谓量子纠缠指的是两个或多个量子系统之间存在非定域、非经典的强关联。
量子纠缠涉及实在性、定域性、隐变量以及测量理论等量子力学的基本问题,并在量子计算和量子通信的研究中起着重要的作用。
以两个以相反方向、同样速率等速运动的电子为例,即使一颗行至太阳边,一颗行至冥王星,如此遥远的距离下,它们仍保有特别的关联性;亦即当其中一颗被操作(例如量子测量)而状态发生变化,另一颗也会即刻发生相应的状态变化。
如此现象导致了“鬼魅似的远距作用”(spooky action-at-a-distance)之猜疑,彷佛两颗电子拥有超光速的秘密通信(就像念动咒语)一般。
“鬼魅”(spooky)一词出自爱因斯坦之口,他曾经推断,这种“鬼魅般的超距作用”(spooky action at a distance),似与狭义相对论中所谓的局域性(locality)相违背。因此直到过世前他都没有完全接受量子力学是一个真实而完备的理论,一直尝试找到一种更加合理的诠释。
这也是当初爱因斯坦与玻理斯·波多斯基、纳森·罗森于1935年提出以其姓氏字首为名的爱波罗悖论(EPR paradox)来质疑量子力学完备性的原因。
量子纠缠证实了爱因斯坦不喜欢的“超距作用”(spooky action in a distance)是存在的。量子纠缠超越了我们人生活的四维时空,不受四维时空的约束,是非局域的(nonlocal),宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。量子非局域性表明物体具有整体性。
简单地说,量子非局域性是指,属于一个系统中的两个物体(在物理模型中称为“粒子”),如果你把它们分开了,有一个粒子甲在这里,另一个粒子乙在非常非常遥远(比如说相距几千、几万光年)的地方。
如果你对任何一个粒子扰动(假设粒子甲),那么瞬间粒子乙就能知道,就有相应的反应。这种反应是瞬时的,超越了我们的四维时空,不需要等到很久信号传递到那边。
这边一动,那边不管有多遥远,立即就知道了,即一个地方发生的事情立即影响到很远的地方。这说明,看起来互不相干的、相距遥远的粒子甲和乙在冥冥之中存在着联系。这与我们人的意识作用非常相似!
实证科学在研究意识中遇到的困难是,无法用我们人类熟悉的时间、空间、质量、能量等来测量意识,但是我们每一个头脑清醒的人都知道自己的意识是存在的。如何来研究无法用常规方法测量而又存在的意识呢?
目前有些学科在神经和大脑上对意识进行了广泛而深入的研究,虽然对大脑的许多功能有了不少的了解,但是对于意识本身仍然是个迷,仍然无法解释“意识的难题” (the hard problem of consciousness)。
“意识的难题”是指体验与感受的问题(the problem of experience),例如对颜色、味道、明暗等等的感受,对价值观的判断等等。“意识的难题”近年来重新触发了哲学上长期解决不了的争论,即意识是从物质中突然出现的,还是万物皆有意识(中国古代叫万物皆有灵性)?
自笛卡儿以来的西方主流世界观认为物质决定意识,意识是在物质中产生的副产品。然而,这种唯物论观点遇到了难以克服的困难与挑战。
例如,(1)许多科学家认识到,要从没有意识的物质中产生意识,这需要奇迹的发生,而唯物论是不承认有超自然现象的,换句话说,这是不可能的。
(2)在长期研究大脑工作中,神经科学对大脑的功能等等方面已经有了很多的认识,但是许多人怀疑唯物论能够解决“意识难题”。
(3)现在有科学研究者从量子测量的角度分析,认为意识不能够被进一步简化,也不是在物质运动中突然出现的,因为如果意识只是物质的副产品,那么这无法解决量子力学中的“测量难题”。量子力学认为物体在没有测量之前,都是几率波,测量使得物体的几率波“倒塌”(collapse)成为观测到的现实。
那么问题就出来了:如果意识是从物质中产生的,那么从根本上讲大脑也只是由原子、电子、质子、中子等微观粒子组成的几率波,大脑的几率波如何能够使得被观察物体的几率波“倒塌”呢?
对于更大的宇宙的现实来说,这是不是意味着存在宇宙之外的具有意识的观察者?这就是量子力学中的“测量佯谬”。为了解决这个量子测量佯谬,物理学家们提出了许多解决方案,但是从根本上仍然无法绕开意识的问题。诺贝尔物理学奖获得者尤金·威格纳(Eugene Wigner)认为,意识是量子测量问题的根源。
虽然物理学认识到意识在量子力学的层面上就存在,但是量子力学本身无法解决意识的问题。从量子力学创立时起意识就一直困扰着量子力学,但是长期以来,物理学家们对这一问题视而不见,试图逃避这个令物理学尴尬的难题。
基于实证科学在研究意识中遇到的难以克服的问题,现在在哲学界、神经科学、心理学、物理学等多学科领域里越来越多的人认为,就像时间、空间、质量、能量一样,意识是物质的一个基本属性,是宇宙不可分割的一部份。这与佛学认为“万物皆有佛性”具有惊人的一致!
量子纠缠的存在是微观粒子具有意识的证据,给“意识是物质的一个基本特性”提供了良好的证据,其意义非同寻常。