远程量子纠缠不可能 

吴　志

 

量子纠缠最近成为炙手可热的研究方向，有较多的理论探索与科学实验，甚至有一些轰动全球的科技成就。不过，我认为这个事情有点玄，十有八九属于物理科学的跑偏。

一、没有可靠的理论依据

量子纠缠说是1935年由爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出的一种波，是他们用数学方法推导出来的一种“鬼魅似的远距作用（神鬼级的远距离相互操作作用）”，并认为是不可能存在的，以此质疑量子力学的正确性。当然，这是一种假说，是没有任何根据的，连爱因斯坦都不相信存在这种可能性，所以才用来反对量子力学。假如爱因斯坦是歪打正着，那么一种物理定理能从公式中推导出来么？那是不可能的事。爱因斯坦再伟大，也不可能用笔和纸推导出量子纠缠！

这种物理上的不可能，现在反而被一些学者认为是真理了。搞量子纠缠技术的学者，为了找到理论根据，往往主动认祖归宗，说爱因斯坦是量子纠缠的宗师，以显示自己事业的正确。现在说的量子纠缠，与爱因斯坦提出的波，有很大不同，连量子纠缠这个名词都是后人取的。现代物理学认为，量子纠缠是指两个粒子无论有多远，一个受外界干扰状态发生变化，另一个状态立即发生同步变化。可以远到什么程度？可以远到宇宙的两端！不过，他们也觉得宇宙太大，通常只说在银河系两端的两个粒子可以相互影响，这意味着十万光年距离能相互影响，而且是同步影响。这么一来事情就玄了吧？脱离了人类所有科学知识，违背了人类所有物理定理，颠覆了人类对世界的基本认识。如果这是对的，那么人类积累几千年的知识就得推翻重来了。

物理是物质的原理，脱离了物质（介质）的量子纠缠，不属于物理科学范畴，可以归类于神学或心灵感应。孙悟空属于神，一个跟斗才十万八千里，量子纠缠比孙悟空神通广大多了。物理科学诞生几百年了，迄今为止还没有脱离物质的物理定理！除了量子纠缠之外。

在爱因斯坦提出这种不可能之后，有一些所谓的理论完善，主要是玻姆发表了三篇论文阐述了量子纠缠的一些新想法，那也是主观想象，是沿着爱因斯坦的思路继续往下走，推出了一些新想法和新算法，但仍然属于假说，没有找到任何实验证据或观测证据，完全是在白纸上“发现”的真理。量子是微观世界，不可观察，也不可触摸，因此凡是从笔和纸出来的理论，都是来自大脑的想象；只有从实验室总结归纳出来的理论，才有理论根据和可信度。

量子纠缠如果来自科学家的猜想，不必太当真，有可能猜对了，有可能猜错了，对错概率是50%，说了等于没说。研究量子纠缠难度极大，因为看不见摸不着，你可以看到光，但不可以看到光子；你可以用仪器观测光子，但只要你观测它马上就被干扰了，测不准是量子力学的基本定理。即使你用最强大的电子显微镜，也不可能看到亚原子粒子。既然如此，你怎么知道两个粒子是纠缠还是不纠缠呢？你怎么能制造出两个或多个纠缠态的粒子呢？

能描述一下每种粒子有多少种姿态吗？比如说光子在飞行时有哪些姿态呢？那是没法描述和形容的，只能估计光子是旋转着飞过来的，也仅仅是估计而已。如果说光子有生与死两种状态，那么一个光子被黑色物体吸收了，十万光年外的另一个光子也同时消亡么？从常识判断就不可能，还用得着相信么？

当然，有人宣称实现了量子纠缠，还有人宣称实现了量子传态，这需要向人类展示详细具体的实验过程、结果和证据，让别人也能重复实验。这么重大的物理发现，是不能含糊其词、一带而过、避重就轻、欲盖弥彰的。若作为一项科研成果，所有方法、过程和结果都是要公布的，让别人也能重复实验，不然这样的科学成果是不会被人类接受的。

如果说这是独家技术，不可外传，那么也应公布一些东西，制作技术可以忽略，制作过程和结果是要公布的。比如，制作出多少对纠缠态光子，其中有多少对实现了远程传态，被制作出来时是什么纠缠态，传递到目的地后是什么纠缠态，其中有多少对是成功的，有多少对是失败的，成功率是多少等。如果没有公布制作技术，没有展示实用产品，这样的技术成果也是不会被人类接受的。只是你自己在家里捣鼓出一种神秘东西，这种东西有多厉害只有你自己知道，那么全世界都不会承认这项技术的。当你制造出实用产品投放市场，有用户购买和使用，哪怕仅仅是军方购买和使用，人家才相信你捣鼓出来的东西是真家伙。

二、没有可靠的物理实验

任何一种假说都是没有论据的，要变成学说或真理，就得有论据补充和论证过程，论据往往需要观察和实验，涉及量子的事基本只能靠实验。有一些科学家宣称做实验证实了量子纠缠，还有一些科学家宣称做实验证实了量子传态，这都是自我宣称，没有人重复他们的实验。而且，这都是有一定前提条件的，从科学和技术上看，近距离是有可能的，远距离是不可能的。什么叫远距离？我认为一公里、十公里或百公里就算远了，这不是单个或少量粒子能影响的范围。除非能制作出一个真空管腔，管腔内没有物质残留和辐射穿透，这在技术上也做不到。

2000年，美国国家标准局在离子阱系统上实现在四离子纠缠态。所谓离子阱是一种将离子通过电磁场限定在有限空间内的设备，这是近距离上对重粒子实现量子纠缠，与远程轻粒子量子纠缠有本质不同，重粒子可以是静态的，即没有相对运动；轻粒子是高速飞行的，如光子、电子、中微子等。

由于查不到更多资料，我个人理解是让电磁场负极对负离子或正极对正离子，这样四个离子就飘浮起来了，这些离子姿态应是一样的，因为构造一样，电性一样，外力一样，最重要的是离子有极性，由于某个部位缺了或多了一个电子，就表现出极性了。若让电磁场发生变化，离子姿态也发生同步变化。若用外力干扰其中一个离子，另三个也发生相应变化，因为离子之间的极性决定了彼此的位置与姿态。

2004年合肥微尺度物质科学国家实验室量子物理与量子信息研究部的研究人员实现五光子纠缠。这是近距离轻粒子量子纠缠。光子比离子小得多，运动速度快多了，能实现纠缠态是重要成就，但要经得起其他科学家的质疑和检验。

2005年美国国家标准局和奥地利因斯布鲁克小组分别宣布实现了六个和八个离子的纠缠态。这只是有了小小的技术进步，也只是量变，还不是质变。用五年时间前进了一小步，来之不易，说明这个事不那么容易。

大约2011年或更早一些，中科院量子信息重点实验室李传锋、黄运锋研究小组在郭光灿院士的领导下，成功研究出八光子纠缠态。这也是小小的技术进步，是用七年时间迈出了一小步，来之不易。

以上是量子纠缠实验，都是近距离量子纠缠。两个粒子近距离是可以相互影响的，就像两个近距离天体相互影响一样。若按牛顿万有引力，任何近距离两个物体都有相互影响；若按本人创立的辐射力学，任何两个粒子都有辐射释放，也会吸收或反射辐射，相互靠近时会有影响，发生姿态同步是有可能的。

但是，若说两个纠缠态的粒子相互影响，可以超视距甚至无穷远，这是需要拿出实验证据的。迄今为止，还没有实验证实远程量子纠缠！自己宣称的不算，获得公认的才算。进行远程量子传态，在技术上就是更上一层楼了，这是难上加难，偶尔有人宣称取得成就，但也没人重复实验。

1997年奥地利的塞林格小组在室内首次完成了量子态隐形传输实验。这是近程量子传态，那是有可能的，毕竟是在室内。按辐射力学，两个粒子在室内相互影响是有可能的，因为所有粒子都是有辐射的，室内也许在粒子辐射范围之内，那么相互影响就是有可能的。

纠缠态的粒子为什么会发生同步变化呢？用辐射力学解释，任何一个粒子都是一边自旋一边对外辐射能量的，在其旋转平面产生的辐射最多，引力或斥力最大。当两个粒子并肩而立或并肩同行时，在强斥力的作用下相互弹开，保持较远距离；当两个粒子前后站立或接踵前行，在弱斥力的作用下略为分开，保持较近距离。

因此，粒子流的运动是阵列运动，即一串粒子前后跟进向前运动，周围相等距离还有多串粒子向前运动。粒子为什么不偏离队列？因为会被周围的粒子的斥力挤回来。这意味着阵列运动的粒子姿态必须是一致的，这是由相互间的斥力决定的。

比如，光子流就是这样的列阵运动，如果不受外界干扰，每个光子的姿态都是一样的，若有光子受外界干扰，这些光子姿态就会发生变化，但在内部斥力作用下很快就会恢复正常。也就是说，阵列运动的粒子姿态是一致的，而且是处于纠缠态的，但这种纠缠距离是非常近的。

由此可见，从辐射力学的原理分析，量子纠缠是有可能的，关键在于距离。近距离是可能的，远距离是不可能的。什么叫远呢？超出粒子辐射的作用距离就叫远。在理论上，粒子的辐射是无穷远的，至少小级别的粒子辐射无穷远。但有两个问题，随着距离的增加辐射会散发和衰减。

发散是稀释，粒子流会被空间稀释。这是点状光源放射的必然结果，画一个圆圈表示太阳，再画许多放射线表示光线，越往外光线间隔越大，这就是稀释。每天太阳射入地球的光子串有无数个，如果地球远离太阳达到一定程度，就只剩下一串光子了，若地球位置偏移一点，连一串光子都接收不到了，这正是天文望远镜只能观察到137亿光年距离的原因之一，因为一个星系的无数光子，经长途旅行到达地球后，连一串光子也没有了，这意味着光子的射程有极限。当然，由于没有周围光子串的排斥，光子串会发散成稀稀落落的光子飘过来，太远了到达地球的连一粒光子都没有了，即使有几粒光子飘到地球，天文望远镜也捕捉不到了。一个恒星和一个星系的光源都会因距离远发散到消失，一个粒子发出的辐射更不用说了，发散到消失的距离肯定不会太远。

衰减是弱化，包括动力、速度、频率等。辐射力学认为，光子是靠膨胀能量场推动的，距离越远膨胀能量场越弱，这就影响光子的动力、速度和频率等，在膨胀能量场的尽头光子就飞不动了，这也意味着光子射程有极限，这也是天文望远镜只能观察到137亿光年距离的原因之一。太阳是一个膨胀能量场，银河系是一个膨胀能量场，光子首先借助太阳膨胀能量场的动力飞行，然后借助银河系膨胀能量场的动力飞行，这样就可以飞到遥远星系了，但再远也有尽头。而火柴的膨胀能量场是很小的，从火柴出来的光子飞不了多远，火柴熄灭后膨胀能量场就消失了，光子也就衰变了。也就是说，膨胀能量场消失，光子也会消失（衰变）。

现在人类能看到的恒星和星系，即使再远依然存在，而不是有可能消失很多亿年了，若没有一个膨胀能量场在远方推动，光子也不可能飞到这里。我们研究粒子，也顺便研究到了天文，因为两门科学是相通的，这是一种有益旁鹜，学术批判不仅仅是推倒什么，还有可能在批判过程中发现什么和树立什么，这也是重要的科学研究过程。

地球光源或人造光源也是同样道理。一粒光子也是一个旋涡能量场，也会释放更低级别的粒子，只是人类还不知是什么粒子。从一粒光子辐射出去的粒子，也存在发散与衰减，在不太远距离就可以衰弱得无法推动另一个光子了，其作用距离是非常小的。如果说一粒光子能影响十公里、百公里之外的另一粒光子，那是不可想象的，更别说影响十万光年、十亿光年、百亿光年外的光子了，连太阳都无能为力的事，光子怎么能做得到呢？当然，如果有“一把光子”或“一堆光子”，共同发力后作用距离可以远一些，但也不可能是无限远。

2004年上文提到的奥地利的塞林格小组，利用多瑙河底的光纤，将量子态传输距离提高到600米。不过，这已经是极限了，因为光子在光纤信道中有损耗和受到环境干扰，量子态隐形传输的距离难以提高了。用辐射力学来分析，这也是有可能的，光纤是一个密闭管腔，在管腔内一束光影响600米外另一束光不奇怪，这是可以视为“室内”的。若说一个光子对管腔600米外的另一个光子发生姿态同步影响，这就有点悬了，也没看到这样的介绍。做实验的科学家，对实验要有详细的记录，包括过程、现象与结果，最好展示一些照片、数据等，这样别人才能接受，也可以重复做这种实验。

2005年中国科技大学潘建伟团队宣称实现的13公里的纠缠态量子拆分、发送。也就是先制造纠缠态量子，然后分别送到远方。送过去是不容易的，保持纠缠态就更不容易了，甚至是不可能的，13公里很有可能超过了光子的作用距离了。

2017年该团队宣称利用墨子卫星实现了1203公里的量子纠缠传输。有关论文发表在《科学》上，潘建伟因此名声大噪，现在是中国科技大学副校长和中国科学院院士。

这就属于远程量子纠缠传态了，虽然借助卫星平台传输光子，毕竟也要穿透浓密大气层，从量变到质变，这事就很不靠谱了，从科学原理上解释不通。量子是测不准的，包括光子也是测不准的，这是量子力学的定律和基石。为什么测不准？有物质或辐射靠近，光子就受干扰了，包括位置和姿态都受干扰。辐射影响光子好理解，物质影响光子也好理解，物质都是有辐射的，仪器是材料做的，材料是有辐射的，靠近光子就会干扰光子。

那么从500公里轨道的卫星把纠缠态的光子传输到相距1203公里远的两个地面站，光子平均穿越大气层是788公里，大气层的高度是1600公里，只是近地太空稀薄一些而已。下传光子会碰撞到无数大气分子，这就等于有无数物质靠近、碰撞和吸收光子了，这就把光子姿态搞乱了，也有许多光子被吸收了。

按辐射力学原理，光子带有弱负电，因而光子与电子有斥力，这正是所有物质都反射光的原因，也是光电效应能产生的原因，一定量的光子冲击电子，就把电子斥离出原子了。不过，光子也能穿透原子外围电子，直接击中原子核，被原子核吸收，因为正负相吸，这正是所有物质都吸收光的原因。

因此，从卫星下行到地面站Ａ的一个光子,一路碰撞无数空气分子，这些分子外围都有电子，能与光子发生相斥作用，改变光子姿态是必然的，因而光子是一路高频变姿。另一个纠缠态的光子从卫星下行到地面站Ｂ，也是一路碰撞无数空气分子和一路高频变姿。既然如此，它们的姿态怎么能保持一致呢？是甲听乙的，还是乙听甲的？它们自己都疲于应付，哪里还能影响对方呢？

另外，地球是一个辐射体，有无数辐射射向太空，下行光子会受到这些辐射影响，也有可能把光子姿态搞乱。太空也有无数辐射射向地球，直射的、斜射的、平射的（从地球两侧来）和上射的（从地球侧后来，还有穿透地球的），这些辐射都有可能干扰光子姿态，即使在晚上也有很多辐射，这是避免不了的。

既然困难重重，雄关万道，纠缠态的光子怎么能实现远程“穿越”毫发无损、姿态不变呢？这分明是不可能的事嘛，若能做到那就违背量子力学的基本定律了，测不准原理就失灵了，量子力学整个都得推翻了，这样还存在量子纠缠理论么？在这个问题上，爱因斯坦是对的，他认为远程量子纠缠是不可能的！

搞科学一定要实事求是，一是一，二是二，黑是黑，白是白，这是科学精神。科学家还要有奉献精神，不能急功近利，不能过于追求功名，不能只许成功不许失败，不然就往往容易造假。即使国家为某个团队的项目花了很多钱，成功与失败都是正常的。那些不计得失，不图功名，默默为国家和人类奉献真理的科学家，才值得国家肯定和鼓励。

相比之下，丁肇中是伟人，他兴师动众组织了全球五百多个科学家参加他的寻找反物质项目，并说服美国政府派出一架航天飞机，驮着他设计的一块叫做阿尔法磁谱仪的大磁铁上天寻找反物质，结果一无所获，静悄悄鸣金收兵了，但是他没有造假，这是一个科学家应有的品德。是的，有出征未必有凯旋，有耕耘未必有收获，成功或失败都得坦然面对，这就是科学。

                       2017年11月20日

《备忘录》：2018年1月2日百度有一篇文章《中科院院士、物理学家潘建伟：与量子“纠缠”和宇宙对话》，用很长的篇幅和最优美的语言，对潘进行歌功颂德，戴的头衔和光环一大堆。在文章后有32条评论，点赞的3条，挖苦讽剌的11条，中性或无关的8条。支持率只有9.4%。挖苦讽剌的都是学者，尤其是物理学者，显然他们在行，点赞和中性评论的显然是路过的外行看客。