人到底有没有灵魂?这个问题困扰了人类几千年,至今没有科学定论。
近些年,有人把目光投向了一个看似八竿子打不着的领域——量子物理,并抛出了一个大胆的猜想:量子纠缠也许就是灵魂存在的证据。要弄清楚这背后的逻辑,还得从那个让爱因斯坦抓耳挠腮的"鬼魅"说起。
上世纪三十年代,爱因斯坦对量子力学一直心怀不满。他构想了一个思想实验,按照量子理论的说法,宇宙中某一点发生的事件,居然可以瞬间影响到任意远处的另一件事。
爱因斯坦把这种远距离作用叫作"诡异",因为在他看来太荒唐了——这不就意味着信息传递的速度比光还快吗?可这恰恰是他的相对论所不允许的。
当时这只是纸上谈兵,如今人类已经能真正做出这个实验,而结果确实让人毛骨悚然。要理解这件事,先得知道什么叫自旋。
所有基本粒子都有一种叫作自旋的属性。粒子其实并没有真的在转,但这个类比很贴切——它们具有角动量,在空间里有确定的方向。
测量粒子的自旋时,人必须选定一个测量方向,而结果只有两种:要么自旋方向与测量方向一致,称为自旋向上;要么与测量方向相反,称为自旋向下。假如一个粒子的自旋原本是竖直的,却偏偏用水平方向去测它,那么它有一半概率给出自旋向上,一半概率给出自旋向下。
测完之后,粒子就"定格"在这个新方向上。也就是说,测量行为本身改变了粒子的自旋。
如果测量方向与竖直方向成六十度夹角,因为粒子的原自旋更接近测量方向,那么四分之三的情况下会测出自旋向上,四分之一测出向下。这个概率取决于半角余弦的平方。
有了两个这样的粒子,就可以做爱因斯坦当年设想的实验了。前提是这两个粒子要以特殊方式制备,比如由能量自发形成一对。
由于宇宙的总角动量守恒,如果一个粒子在某方向测得自旋向上,那么另一个粒子在同一方向必然测得自旋向下。这里要强调,只有当两边选择相同方向测量时,自旋才必定相反。
奇怪的地方来了。人们很自然地会想:会不会两个粒子从一开始就各自带着确定的自旋值?
可这种想法立刻碰壁。假设它们的自旋是竖直的、方向相反,如果现在两边都换成水平方向测量,每个粒子都有一半概率给出向上,那么两次结果相同的概率就是一半,这明显违背了角动量守恒。
量子力学给出的答案是:这些粒子根本就没有确定的自旋,它们处于纠缠态,只保证彼此的测量结果互为相反。一旦一边被测出结果,另一边在相同方向上的答案立刻就定了。
这一点已经被反反复复的实验严格验证,无论两个探测器摆得多远、成什么角度,只要方向相同,读出的自旋总是相反的。停下来想一想,这有多离谱。
两个粒子原本连自旋是什么都说不清,可只要你测其中一个,另一个的自旋瞬间就有了答案,哪怕它此刻在几光年之外。这就像第一次测量的选择,用超光速的方式影响了另一次测量。
有些理论家确实这么解释,但爱因斯坦死活不接受。他更倾向另一种说法:粒子从产生那一刻起就藏着"暗号",规定了在任何方向上测会得到什么结果,只不过测之前人不知道。
既然这些信息在两个粒子分开之前就写好了,就不需要什么超光速通信,皆大欢喜。在很长一段时间里,科学家勉强接受了这种"有些事测之前无法知晓"的观点。
直到北爱尔兰物理学家约翰·贝尔想出了一个绝妙的检验方法,把这个争论从哲学拽回了实验室。贝尔的方案是这样的:设置两个自旋探测器,每个探测器可以在三个方向中随机选一个来测量,两边独立选择。
然后不停地把纠缠粒子对送过去,看两次读数是相同(都上或都下)还是不同,反复统计,看不同的比例是多少。如果粒子真的藏有"暗号",可以把这个暗号想成两个粒子事先商量好的一个方案,唯一必须遵守的规则是:同方向测量时结果相反。
可以举两类典型方案:一类是不管哪个方向都统一给出向上(另一个粒子对应统一向下);另一类是三个方向的答案交替上下,比如上下上,另一个就下上下。数学上所有方案都能归入这两类。
算下来,用第一类方案,两个探测器读数不同的概率是百分之百;用第二类方案,九种方向组合中有五种给出不同结果,也就是九分之五。综合起来,如果粒子真藏有暗号,那么读数不同的比例应该不低于九分之五。
实验结果呢?只有一半的次数不同。
这就直接把"粒子自带暗号"这条路给堵死了。那量子力学怎么解释?
假设A探测器沿第一个方向测出向上,那么B粒子在第一方向上必然向下,可这个方向被随机选中的概率只有三分之一。如果B在另外两个方向之一测量,它跟这些方向成六十度角,按前面的规则,四分之三会测出向上。
这两种情况被选中的概率是三分之二,乘以四分之三,恰好是二分之一。所以两个探测器给出相同结果和不同结果的概率都是一半——这正是实验看到的。
量子力学的预言站得住脚,但怎么解释还没有共识。一部分物理学家认为,这说明粒子确实没有什么隐藏信息,自旋只有被测量之后才有意义;另一部分则坚持粒子之间存在某种超光速的"沟通",测量瞬间更新彼此的信息。
那能不能靠纠缠粒子搞超光速通信?答案是不行。
因为在任何一端得到的结果本身就是随机的,无论对面怎么选、发生了什么,向上和向下各占一半。只有当两边碰面对表,才会发现随机之中藏着完美的反相关。
这确实诡异,但没法用来传递信息,也就没有违反相对论。这一点,多少能让爱因斯坦稍感安慰。
正是这一系列打脸爱因斯坦的实验,为量子纠缠盖上了官方认证的印章。2022年,诺贝尔物理学奖颁给了阿兰·阿斯佩、约翰·克劳泽和安东·塞林格,理由正是他们通过纠缠光子实验验证了贝尔不等式的违反,并开创了量子信息科学。
消息一出,网上不少网友开始联想:既然一个粒子的状态可以在瞬间影响远方另一个粒子,那人死之后,构成身体的粒子四散开去,其中携带的信息会不会以纠缠的形式保留下来?灵魂是不是就此有了科学的落脚点?
说实话,这种联想浪漫归浪漫,但离科学结论差得很远。灵魂对人类来说至今还是主观概念,历史上英国医生山姆·帕尼亚曾做过大规模濒死体验研究,十八世纪的瑞典学者斯威登堡也留下过所谓"灵魂出窍"的详细记录,可这些都没能通过严格的科学检验。
量子纠缠成立的是特定条件下的微观粒子关联,跟宏观上人的意识、记忆、人格是不是同一回事,目前的量子力学模型完全给不出答案。把二者划等号,更多是一种情感寄托,而不是科学推论。
真正落到实处的,是量子技术正在飞速改变现实世界。近些年,我国在量子计算和量子通信领域走在了世界前沿。
2024年初,我国自主研发的第三代超导量子计算机"本源悟空"在合肥正式上线运行,搭载的是72比特国产超导量子芯片"悟空芯"。2025年,中国科学技术大学团队推出了105比特超导量子计算原型机"祖冲之三号",再次刷新超导路线的量子优越性纪录。
看似高深莫测的量子,早已悄悄住进了普通人的口袋。所以回到那个问题:即便量子纠缠已经被官方证实,人生也不会因此失去意义,灵魂是否存在也依旧悬而未决。
量子世界的规则确实颠覆常识,但它管不到人怎么去爱、去努力、去过好眼前的一日三餐。爱因斯坦当年被"鬼魅般的超距作用"折磨了半辈子,可他留下的思考本身,就是人这一生最动人的东西。粒子有没有灵魂不重要,重要的是活着的人,还愿意仰头看看星空、低头想想问题。
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