揭秘量子纠缠

       两个旋转角速度均为0的小球在真空中发生了碰撞，如果碰撞后向左运动的小球产生了左旋，由于动量守恒，向右运动的小球必然是右旋，如果两小球不受外界环境影响，根据牛顿惯性定律，这两小球无论相隔多远，它们都存在关联，只要观测到其中一个小球的旋转状态(比如左旋或右旋)，立即就能知道另一个小球的旋转状态，如果其中一个或两个小球在运动过程中受到一些因素干扰，导致旋转状态发生了改变，那么两小球将失去关联性。鉴于两小球属于宏观物体，假设将两小球缩小到微观粒子的尺度，哥本哈根学派认为存在关联的这两个粒子在被观测前都处于左旋和右旋的不确定状态(薛定谔将其称为叠加态)，假设对左侧粒子进行测量发现它是左旋，由于动量守恒，右侧粒子将立即坍缩为右旋，测量后两个粒子的自旋状态都是确定的，不再处于左旋和右旋的叠加态，这就意味着对其中一个粒子进行测量立即会影响到另外一个粒子(薛定谔将其称为量子纠缠)。为了增加神秘感，在宣传时经常还会强调无论相隔多远，只要测量其中一个粒子的自旋状态，立即就能知道另一个粒子的自旋状态，实际上很容易被外界因素干扰，在空气中只能保持很短的距离，在真空中也会受到各种因素影响导致失去关联性(物理学界称之为“退相干”)。

纠缠态和叠加态虽然都是薛定谔取的名称，但其理论逻辑来自哥本哈根诠释，该诠释包括波恩的概率波诠释、海森堡的不确定性原理、玻尔的互补原理等。

波恩认为薛定谔方程的波函数 ψ 本身并没有直接的物理实在性，其绝对值的平方 |ψ|² 代表了在空间某点找到粒子的概率。

玻尔的互补原理认为在量子力学的微观世界里，一些物理量（如粒子的位置和动量、时间和能量等）是相互补充的。这些互补的物理量不能同时被精确地测量或描述。例如，越是精确地确定一个粒子的位置，就越不能精确地确定它的动量；反之亦然。 

海森堡的不确定性原理也认为量子尺度的一些物理量（如位置和动量）不能同时被精确测量，粒子的状态具有不确定性，将不确定性看作是粒子的内秉性质。并且在求解薛定谔方程得出的波函数基础上，通过一些数学方法得出不确定关系式ΔxΔp≥ћ/2。

但是薛定谔本人极其反对概率波诠释以及哥本哈根诠释，坚持经典的实在论观点，认为微观粒子作为一种物理实在，应该具有确定的性质和状态，即使在未被观测时也客观存在，而不是一种概率性的存在。薛定谔对波恩诠释将微观粒子的存在依赖于观测的观点非常不满，认为这破坏了物理实在的客观性。薛定谔认为物理现实是由波构成的，波函数代表的是一种真实的物理波，有着确定的波动规律和物理实在性。并且通过“薛定谔的猫”这个思想实验来说明哥本哈根诠释会导致猫处于既死又活的叠加状态，猫怎么可能既生又死呢？显然出现了矛盾，违背了物理现象的确定性原则。

爱因斯坦也极力反对哥本哈根诠释，曾说过：“我闭上眼睛不看月亮，难道月亮就不存在？”、“到底什么是测量呢，是不是有意识的生命或者终身教授才能进行测量？”、“无论如何，我都确信，上帝不会掷骰子”。爱因斯坦认为一个物理系统的状态应该是客观存在的，不应该是在观测的时候才随机地 “决定” 自己处于某种状态。就好像在经典世界里，一个物体的位置和速度是实实在在的，而不是通过掷骰子这种随机方式来确定。

爱因斯坦、波多尔斯基、罗森在1935年共同发表论文(被称为EPR佯谬)反对哥本哈根诠释(也就是反对量子纠缠、不确定性、非局域性、概率波、叠加态等)，文中通过思想实验指出哥本哈根诠释存在逻辑矛盾，是荒谬的、不完备的理论，完备理论应该具有定域性、实在性、确定性。纠缠态这种“鬼魅的超距作用”违反了定域性，概率波、叠加态违反了确定性和实在性。 

而且当时不仅哥本哈根学派对薛定谔方程的波函数提出理论诠释，其他不少物理学家也提出了不同的理论诠释。比如休埃弗特提出的多世界诠释，认为所有孤立系统的演化都遵循薛定谔方程，波函数不会坍缩。当进行测量时，宇宙会分裂成多个平行世界，每个世界对应着测量结果的一种可能，而我们所观察到的只是其中一个特定世界中的结果。

德布罗意提出“导航波理论”，玻姆在导航波理论基础上发展为玻姆德布罗意-玻姆诠释，该诠释认为微观粒子具有确定的位置和轨迹，就如同经典粒子那样客观存在。粒子在空间中的运动受到导航波的引导，其运动速度由波函数的相位等相关特性所决定，按照特定的 “引导方程”来演化。在这种诠释下，量子现象的不确定性并非本质上的，而是由于对粒子初始位置的不完全了解造成的。

其它还有各种诠释就不再举例，显然这些提出不同理论的科学家也全都反对哥本哈根诠释，从侧面反映出哥本哈根诠释在当时没有任何实际的证据支持，只是一种猜想、预言、假设，都是通过求解数学方程(主要是薛定谔方程)，然后猜测物理现象或物理规律。

况且薛定谔方程是在四个假设的基础上推导出来的，分别是物质波假设、能量量子化假设、波函数假设、哈密顿算符的相关假设。

物质波假设(微观粒子的波动性假设)：即假设粒子的动量p与物质波的德布罗意波长λ存在关系p=h/λ，将粒子的波动性与粒子性通过这种关系联系起来，为构建描述粒子的波动方程提供了基础。 

能量量子化假设：即粒子的能量E与波的频率ν相关(E=hν)，从而将粒子的能量与波函数的频率联系起来。

波函数假设：薛定谔假设微观粒子的状态可以用一个波函数来描述，这个波函数随时间的变化遵循一定的规律。

哈密顿算符的相关假设：薛定谔在推导过程中利用了哈密顿力学的思想，假设波函数的时间演化可以用某个算符H作用于波函数得到，将系统的哈密顿量 H与波函数 ψ的乘积与波函数对时间的偏导数联系起来。

如果其中一个假设在物理学上是不成立的，那么薛定谔方程就无法用于描述真实物理现象，在物理学领域就是没有意义的方程，任何基于薛定谔方程的物理学诠释都是错误的理论。

由以上可知，就连薛定谔本人都反对哥本哈根诠释，再加上爱因斯坦、德布罗意等一众大佬的反对，况且薛定谔方程也是在多个假设的基础上推导出来的，而哥本哈根诠释是在薛定谔方程的基础上继续假设、猜测而得出的理论，可见哥本哈根诠释错误的可能性是极高的。

物理学家们在薛定谔方程的基础上继续推导，比如克莱因 - 戈登方程、狄拉克方程都是基于薛定谔方程推导而来的，然后再基于克莱因 - 戈登方程、狄拉克方程、相对论以及电磁学等理论发展出标准模型、量子场论、量子电动力学等理论，这些理论都是对数学方程求解后，猜测其物理本质，从而得出来的理论。比如通过求解麦克斯韦方程组得出光速值为常数c，有人猜测光速c是相对光源的、有人猜测是相对以太的、爱因斯坦猜测(假设)光速c是相对所有参考系的，可见基于数学推导，不同的人可以给出不同的解释，尤其是对薛定谔方程的求解，不同学派、不同物理学家可以有各自不同的解释，且互相矛盾，所以通过求解数学方程来解释物理学本质，错误的可能性是很大的，同理求解克莱因 - 戈登方程、狄拉克方程时，推导得出量子场论、标准模型等各种理论都可能是错的，越往后错误的概率越大，哥本哈根诠释错误的概率大于薛定谔方程的那几个假设，量子场论、标准模型等理论错误的概率大于哥本哈根诠释，如果从薛定谔方程的几个假设开始就存在错误，那么量子力学、量子场论、标准模型、量子电动力学等等全都是错误理论，这关乎着理论物理学们的共同利益，如果都是错误理论，显然是他们无法接受、也无法承受的。在巨大的利益面前，作为一个利益共同体，显然会在宣传和实验方面更倾向于支持哥本哈根学派，不支持爱因斯坦、薛定谔、德布罗意等人对哥本哈根诠释的反驳。重复是一种力量，一些假设出来的理论经过一百年的不断传播、宣传，重复了成千上万遍之后就会让大众误以为这些理论就是真理，其实只不过是戈培尔效应在起作用。比如迈克尔逊-莫雷实验只是证明了光源向任意水平方向(东西南北)发射的光波速率都是相同的，但传着传着就成了证明光速不变、证明以太不存在的证据了，典型的是为了共同利益，而故意这么宣传，让公众误以为光速不变以及以太不存在都是有实验证据的。这种倾向性很容易导致实验过程中有意或者无意的漏掉那些对预想结果不利的因素，甚至在实验过程中造假。 

根据之前篇章可知，核外电子从高轨道向低轨道变轨时(被物理学界称为跃迁)，就会撞击以太中的大量光子，从而辐射一列电磁波(被物理学界称为单光子)，由于地球在以太中的移动速度为光速c，所以核外电子变轨时撞击大量光子所辐射的电磁波速率也为c，该电磁波的振幅等于核外电子变轨时做椭圆运动时的半长轴，频率为椭圆运动周期的倒数(1/T)，波长等于核外电子在以太中的移动速度c与椭圆运动周期T的乘积，波列长度等于速度c与变轨所需时间t的乘积。可以将一列电磁波看作是波形运动的一列电子束，静止的电子枪发射的电子束只具有粒子性，不具有波动性，但电子枪一边向前发射电子束，一边做上下简谐运动(或者椭圆运动、圆周运动)，那么发射的电子束既具有粒子性、也具有波动性，假设发射速度为c，发射了1微秒的时间，那么这该波形电子束(简称电子波)的波列长度为c乘以0.000001秒(请注意波列长度与波长是不同的物理量)，该电子波的波长为波速c乘以上下简谐运动的周期T，振幅为上下简谐运动范围的1/2，频率为上下简谐运动周期的倒数(1/T)，为方便理解，可以将螺旋电磁波看作是运动的弹簧，比如某核外电子变轨时辐射了一列椭圆螺旋波，则可以看作压扁的弹簧，弹簧的螺距则为波长，弹簧的长度就是波列长度，压扁后的螺旋半长轴则为振幅(弹簧宽度的1/2)。假设一列螺旋波被放大到弹簧的大小，螺旋半径远大于一滴水的直径，那么该电磁波撞向静止水滴时，打到水滴的频率则为该电磁波的频率。 

1964年约翰·贝尔提出了贝尔不等式，物理学界认为利用贝尔不等式即可验证是否存在量子纠缠，在相关实验过程中需要向两个相反方向同时发射一对具有关联性的光波(实验方的说法是一对“纠缠光子”)，然后用偏振片测量这两个光波的偏振状态，物理学界认为这对“纠缠光子”的偏振状态如果违反贝尔不等式，则证明量子纠缠是存在的。这些相关实验成立的前提条件之一是发射的一对光波必须都是单光子，但是实验方都有意或者无意的忽略掉了这个致命因素，都默认是单光子，其实单光子探测器探测到的是一列光波，不能因为单光子探测器的名称带有“单光子”就以为真的能够探测到单光子，在没有实际证据的情况下使用这个名称，会严重误导物理学发展。 

物理学界认为光子是一种基本粒子，单光子具有波长、频率、波列长度、相位、偏振。既然单光子是一种粒子，它是如何具有波长的？基于什么逻辑原理？单光子如何具有波列长度，如何具有频率、相位、偏振方向？分别基于什么样的逻辑原理？况且物理学界可以测量“单光子”的频率、偏振方向，如果真的是单光子，是基于什么逻辑原理能够测量到频率、偏振方向的？显然是毫无逻辑可言，解释不通的。

水波是由大量水分子按照一定规律共同运动而形成，单个水分子无法形成水波；电磁波也是由大量粒子以一定规律共同运动所产生的，单个光子显然也无法形成电磁波。如果单光子可以形成电磁波，它将严重违反物理定律、尤其违反牛顿惯性定律，不符合生活常识，完全解释不通，没有逻辑道理。

由于经典理论框架下单光子无法形成电磁波，默认单光子可以形成电磁波等同于默认了量子力学是正确的，也就是说这些实验团队先假设量子力学是正确的，假设实验中的光波都是单光子(却又无法证明)，又按照经典概率理论认为实验结果一定会遵循贝尔不等式，然后再根据实验结果违反贝尔不等式来证明违反经典理论，从而证明存在量子纠缠。用假设出来的量子现象去证明另一个现象也是量子现象，这显然属于循环论证，就像假设1+2=5是正确的，从而证明5-1=2也是正确的。所以在错误假设的基础上进行逻辑推理或者数学推导，只会得出另一个错误。

如果一列光波的偏振方向与偏振片的检偏方向都保持不变，按照经典理论逻辑，如果该光波第一次射向偏振片时透过了偏振片，那么以后无论多少次射向偏振片，每次都一定会透过去。而量子力学将一列光波看作是单光子，认为该光子能否透过该偏振片是不确定的、是概率性的，比如第一次没有透过偏振片，第二次可能就透过去了，认为透过偏振片的概率为cos²α(α是“单光子”的偏振方向与偏振片的检偏方向之间的夹角)。为了验证量子力学是否正确，科学家们在几十年间做了多次验证量子纠缠的相关实验，他们认为实验结果如果违反贝尔不等式，说明纠缠态和叠加态是存在的，哥本哈根诠释是正确的，如果实验结果遵循贝尔不等式，证明哥本哈根诠释是错误的，证明“纠缠光子”能否透过偏振片不是概率性的、是确定的。 

实验过程中“纠缠光子”的路径上会有两个偏振片，分别是起偏器和检偏器，在检偏器后面还会放置“单光子探测器”，实验过程中每次产生的“纠缠光子”的偏振方向都是随机的，每对“纠缠光子”的传播方向都是相反的，偏振方向总是互相垂直。这对“纠缠光子”其实是两列光波，设一列光波的光强为i0，根据马吕斯定律，该光波透过第一个偏振片(起偏器)后的光强i = i0*cos²α（初始光强为i0，α是偏振片的检偏方向与光波偏振方向之间的夹角，0°≤α ≤90°），透过第二个偏振片(检偏器)的光强为i*cos²θ(θ是前后两偏振片的偏振方向夹角)，由于透过第一个偏振片后的光强i是随机的变量，所以透过第二个偏振片的光强也是变量，由于光强与光子数量成正比，很显然当光强低于一定阈值后，“单光子探测器”将无法探测到该光波，那么一列光波能否透过偏振片就成了概率问题。假设光强小于0.5i0时无法被探测到，根据马吕斯定律i = i0*cos²α，可以得出只有当夹角α小于等于45°时，该光波才能透过偏振片，由于α的范围只能处于0°-90°之间，所以偏振方向随机的一列光波透过第一个偏振片的概率等于45°/90°= 1/2，由于透过第二个偏振片(检偏器)的光强为i*cos²θ，且i是变量(i= i0*cos²α) ，大小是由随机的α角决定，所以偏振方向随机的一列光波连续通过两个夹角为θ的偏振片是概率性的、不确定的，但这种概率性、不确定性完全遵循经典物理学原理，是一种经典现象，而量子力学也认为通过两个夹角为θ的偏振片是概率性的，但是量子力学将它称为量子现象，这是因为量子力学将一列光波当成了单光子，认为单光子透过第一个偏振片后，它的偏振方向就已经被确定，且由于是单光子，所以光强保持不变(实际上由于α角是随机的，而且并不是单光子，所以每次透过偏振片后的光强i0*cos²α是随机的、变化的)，当两个偏振片夹角θ不变时，量子力学认为按照经典理论这个光子连续透过两个偏振片时不应该是概率性的，而实验结果违反了贝尔不等式，证明偏振方向随机的一对“纠缠光子”连续通过两个偏振片是概率性的，“证明”存在叠加态和纠缠态，认为物理世界存在不确定性，而实际上实验结果违反贝尔不等式恰恰证明了所谓的单光子其实是一列光波 (电磁波)，是由大量光子共同运动形成的，根据经典理论中的马吕斯定律即可证明偏振方向随机的一列光波能否通过起偏器以及检偏器是概率性的，并不是确定性的，所以实验结果一定会违反贝尔不等式，而且基于动量守恒这一对“纠缠光子”一定具有关联性，完全符合经典物理学原理，可以用经典理论解释。 

总结，实验结果违反贝尔不等式并不能证明叠加态以及纠缠态是存在的，因为实验方有意或者无意的漏掉了最致命的影响因素，将一列光波当成了“单光子”，默认实验中的“纠缠光子”是单光子，但又缺乏实际证明 (不要被“单光子探测器”误导)，如果“纠缠光子”是一列光波，那么根据马吕斯定律即可证明实验结果必然违反贝尔不等式，也就是说在经典理论的框架下实验结果反而证明了“纠缠光子”其实只是一列光波，所以不能用实验结果违反贝尔不等式来证明物理世界存在叠加态和纠缠态。