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量子纠缠的世界可以认知吗?
发布时间:2025-09-25点击次数:

按:早期文章被屏蔽,修改后重发


一、纠缠:非局域的幽灵,却不能传信

在标准量子信息理论中,量子纠缠被描述为一种非局域的、超距的关联:两个(或多个)量子系统,无论相隔多远——哪怕一个在地球,一个在仙女座星系——只要它们曾处于纠缠态,对其中一个的测量会“瞬时”影响另一个的状态。

然而,这种“影响”不能用于传递信息。这是由著名的量子不可通信定理(No-communication Theorem)所保证的:尽管测量结果呈现强关联,但单方无法通过操控自己的系统来向对方发送信号,从而避免了与狭义相对论因果律的直接冲突。

但这只是技术上的“免责条款”。物理上,这种瞬时关联依然令人不安——它暗示宇宙中存在一种超越时空的“整体性”,而这种整体性,恰恰动摇了我们认知世界的基本前提。

二、纠缠无处不在,却不可知

纠缠并不局限于两个同种粒子之间。光子与电子、原子与分子、甚至宏观物体(在理想条件下)都可能纠缠。事实上,在非相对论量子力学的框架下,“量子”是所有物质的基本属性,因此原则上,整个宇宙的所有组成部分都可能彼此纠缠

那么,我们如何判断两个系统是否纠缠?

答案是:必须进行大量重复的联合测量,统计其关联是否超越经典极限(如违反贝尔不等式)。这要求:

  • 可制备大量相同的纠缠态;

  • 可对两个子系统进行独立但协调的测量;

  • 可忽略环境干扰。

但现实世界往往不满足这些条件。如果只有一个样本?如果测量一次就破坏了态?如果事件只发生一次(如宇宙大爆炸、某次粒子衰变)?

那么,我们永远无法确认:这两个事件之间是否存在纠缠?存在何种纠缠

更严峻的是,即使我们“看到”了某种关联,也无法区分它是源于真实的量子纠缠,还是经典相关,或是共同原因(common cause)。

三、认识论的崩塌:还原论的失效

现代科学的基石之一是还原论(reductionism):将复杂系统分解为孤立组分,分别研究,再组合理解整体。这一方法在经典物理中极为成功。

但在一个全纠缠的量子世界中,还原论遭遇根本性危机

  • 你无法真正“孤立”一个系统,因为你不知道它是否仍与宇宙其他部分存在未知纠缠;

  • 你无法确定你所观测到的行为,是系统自身的属性,还是遥远角落某个未被察觉的纠缠伙伴的“幽灵影响”;

  • 更可怕的是,这种影响是瞬时的、非因果的、不可屏蔽的——它不随距离衰减,也无法被任何屏障隔断。

于是,我们陷入一个认识论困境:

我们既无法可靠地认识局部(因为局部受整体纠缠支配)

这正是爱因斯坦当年称纠缠为“鬼魅般的超距作用”(spooky action at a distance)的深层忧虑——它不仅挑战局域实在论,更挑战科学认知的可能性本身

四、“全宇宙波函数”的傲慢与困境

在非相对论量子力学的标准诠释中,整个宇宙由一个全域波函数 ∣Ψuniverse⟩描述。薛定谔方程支配其幺正演化:任何一个局部变化,都会瞬时更新整个波函数

这意味着:

你此刻眨一下眼,全宇宙的量子态都随之改变

——更不可能直接认识全部。

这种“全局瞬时性”源于非相对论理论对时间的绝对化处理,与相对论的因果结构根本冲突。但它在数学上自洽,且在原子尺度近似有效。

问题在于:这样一个全纠缠、全关联、瞬时响应的宇宙,是否还能被人类认知

我们既无法观测整个波函数(只能获取局部投影),也无法重复宇宙实验,更无法排除未知纠缠的干扰。于是,科学从“可检验的客观知识”,滑向“不可证伪的整体神秘主义”

五、一个尴尬的问答:纠缠如何产生?

多年前,一位学生在一场量子信息讲座后提问:“我们到底如何让两个量子纠缠起来?”

主讲人——如今已是该领域的权威——回答:“我们做一个幺正变换。”

当时我在场,忍不住笑出声。

因为我知道:

  • 学生想问的是物理机制:需要什么相互作用?多长时间?什么条件?

  • 而专家回答的是数学操作:在希尔伯特空间中,通过一个幺正算符 UU,将直积态 ∣0⟩∣1⟩∣0∣1 变为纠缠态 12(∣01⟩+∣10⟩)21(∣01+∣10⟩)

但“幺正变换”只是描述,不是解释。它相当于说:“从另一个基底下看,它们就是纠缠的。”
这就像说:“换个角度看,月亮就是方的。”——视角变了,现实变了吗

在“全宇宙已纠缠”的原教旨观点下,所谓“制备纠缠”,不过是选择性地关注某个子空间,而忽略其余部分的纠缠。但忽略不等于不存在。那些被“ traced out ”(偏迹)的环境自由度,是否仍在暗中影响我们的实验?

六、两难抉择:要么放弃认知,要么修正理论

由此,我们面临一个根本性的两难:

  1. 接受非局域纠缠为基本事实 → 但世界变得原则上不可认知,因为局部无法与整体分离,因果无法确定,还原论失效;

  2. 质疑非局域纠缠的实在性 → 承认它只是特定条件下全局相干模式的表观现象(如“全局近似诠释”所主张),从而恢复局域实在性与认知可能性

前者导向一种悲观的认识论:人类只能在统计意义上“使用”量子力学,却永远无法“理解”它。
后者则试图重建物理的可理解性,哪怕这意味着要放弃“纠缠是基本实体”的信念。

结语:科学需要可理解的世界

量子纠缠是现代物理学最深刻的概念之一。但它不应成为科学理性的终点,而应是重新思考实在、因果与认知边界的起点。

如果一个理论告诉我们:“世界本质上是不可知的”,那么它或许在数学上优美,但在哲学上失败。科学的使命,不是接受神秘,而是消解神秘

因此,与其说“量子纠缠的世界无法认知”,不如说:

我们现有的量子理论框架,在认识论上尚未完成

或许,真正的突破不在于建造更多量子计算机,而在于回答那个古老的问题:
我们能否在一个纠缠的宇宙中,依然做一个清醒的观察者