量子力學中的「鬼魅」從何而來？

諾貝爾物理學獎得主費曼有句名言：「我想我可以有把握地講，沒有人懂量子力學！ 」（"I can safely said (that) no body understands quantum theory." ）量子論的另一創始人玻爾iels Bohr)也說過：「如果誰不為量子論而感到困惑，那他就是沒有理解量子論 。」（"If quantum mechanics hasn't profoundly shocked you, you haven't understood it yet." ）量子力學從誕生的那一刻起就蒙著一層面紗，並被煙霧所纏繞。創立了著名的薛丁格方程的薛丁格本人，卻非常不滿意哥本哈根學派對波函數及 疊加態的不確定性解釋 。 於是，薛丁格便設計了一個思想實驗，以此來嘲笑這種解釋。他用一隻或死或活的貓來比喻量子力學詮釋中的反直觀和不確定性，如此就會導致一個荒謬的結論。

什麼是疊加態呢？例如貓處於死與活的疊加態中，想要知道就要打開盒子看，也就是測量，如果活著，那就是疊加態的波函數坍縮到了活著的本徵態；反之則是坍縮到了死的本徵態。這種又死又活、不死不活的邏輯混亂的說法，卻是量子力學中表述量子所遵循的根本之道。薛丁格的貓諷喻的疊加態反而堂而皇之成為了量子力學的經典概念。對所有不確定的事情，都可以用這種機率或然性的疊加態來標識。這不過才是個開始，詭異的事情還在後面呢。

疊加態是量子力學最大的奧秘，量子疊加態現象也是激發神秘感的源泉，同時又引出人們無限的遐思。在1927年的第五屆索爾維這場物理學界群英會上爆發了著名的 「玻愛之爭」 。愛因斯坦和玻爾這兩位物理學家因為解決光電效應問題或量子化原子模型而分別獲得 1921 年、1922年的諾貝爾物理學獎。他們的爭論主要是有關量子力學的理論基礎及哲學思想方面的問題。愛因斯坦一直對量子論及玻爾一派的解釋持懷疑態度，因此他說：「量子力學的確雄偉壯麗，然而內心卻告訴我，它還不是那回事。這理論說了很多，卻沒引領我們更接近「上帝」的秘密。我，無論如何，深信上帝不擲骰子。」 （「Quantum mechanics is certainly imposing. But an inner voice tells me that it is not yet the real thing. The theory says a lot, but does not really bring us any closer to the secret of the 'old one'. I, at any rate, am convinced that He does not throw dice.」）並且提出了一個又一個的思想實驗，意圖證明量子論及正統詮釋的不完備性。這是由於愛因斯坦始終堅持的經典哲學思想和因果觀念： 一個完備的物理理論應該具有確定性、實在性和定域性。而海森堡於1927年提出的不確定性原理（Uncertainty principle ，又譯測不準原理）卻指出粒子的位置與動量不可同時被確定；所謂實在性，是指客觀世界的物質不依賴於觀測而存在；定域性（局域性）則是說，遙遠某一點發生的事件不可能立即影響到另一點。換句話說，信息傳遞不可能比光速更快。

但量子糾纏效應中似乎推翻了這一假設，表現出某種非定域性。1935 年，愛因斯坦和他的兩位同事合寫了一篇論文——《量子力學對物理實在性的描述是完備的嗎？》（「Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?」）也被稱為 EPR 佯謬（EPR paradox ），指明波函數不能對於物理實在給出完備性描述，並且相信這種完備性的理論可能存在。 而量子論中對兩個遙遠區域的關聯事件，測量其中一個狀態，便會使兩處的波函數同步坍縮，從而同時感知相隔遙遠的另一事件的狀態。愛因斯坦嘲諷其為 「鬼魅般的超距作用」（spooky action at a distance），並以此來說明量子力學是不完備的。正是量子力學正統的哥本哈根詮釋的標誌性假設——波函數塌縮， 才隱喻了超光速的「超距作用」 ，並以此體現出量子非定域性。

在世間宏觀物質世界層面，定域實在性是在科學發展中形成的認知準則，科學的發展是建立在實證基礎之上。科學的測量等方法也都是對已經認識到的事物進行研究，現有的科技手段也不具備突破時空探知的能力和條件。量子的出現挑戰了人們的普遍認知和哲學觀，開啟了通向微觀世界的蹊徑探索。對於微觀世界該如何去認識和探索呢？盧瑟福對原子模型的闡述說，如同一個小的太陽系。那麼，以另外時空的角度看，一個量子是否就可能是微觀的又一層宇宙中的銀河系呢？

在量子理論中，量子被當作是不可分割的基本粒子，而又未給出直觀的、清晰的、形像的描述，只是用抽象的數學表達式和波函數煙霧將其纏繞起來，而且觀測也變成了量子必不可少的基本屬性。一旦觀測，描述疊加態的波函數便坍縮到本徵態，所糾纏的量子也一併超距坍縮，顯出本相。最後，這樣就使人很難真正能觸摸到量子論的要義。其實，一個量子，可以想像成一個由更微小粒子組成的微粒雲團，就像電子圍繞原子核旋轉一樣，同時有自旋和進動。自旋軸在一週的旋轉中朝前、朝後、朝左、朝右的周期性進動，體現出某一特定方向上的能量輻照的周期性波動，例如正弦周期。微粒雲團體現了量子的粒子性基本特徵，波動性只是其自旋、進動和沿軌道旋轉所帶來的能量輻照的一種顯現形式。這樣的波粒統一性模型與波函數的抽象相比，更為直觀和容易理解，在分析問題時也更易於應用和驗證。對於應用中各種複雜情況，每個人都可以從直觀感性到邏輯理性的貫通一致的加以分析，量子力學實驗中難以解釋的某些現象和機理問題也就悄然雲釋。

人們在正統的哥本哈根詮釋中找不到出路時，量子力學的多世界詮釋開始進入人們的視野：當觀察者打開盒子之時，觀察者會和貓發生糾纏。對應於貓的活狀態和死狀態的觀察者狀態因此分別形成，「死貓」或「活貓」都是平行宇宙的一部份，都是所有平行宇宙的總和。看到這種雲裡霧裡的解釋，還能說什麼呢？

為了回應愛因斯坦的質疑，物理學家們通過驗證貝爾不等式的違反而證明量子力學的非定域性成立，在幾十年中做了很多相關的實驗。分別在光速傳遞信息所不能及的兩個區域隨機測量兩個糾纏光子狀態，結果表明其非定域的關聯性，藉此證明量子力學的完備。2022年諾貝爾物理學獎授予了驗證貝爾不等式違背的一系列實驗工作，即利用雙光子糾纏態檢驗 CHSH 版本的貝爾不等式。實驗中對光子的水平偏振態和豎直偏振態進行隨機測量和結果比較，表明了一對糾纏光子在偏振方向上的關聯性。

由於量子是微觀空間的粒子，要想真正認識其特性，就需要進入到微觀世界相應的層面，用微觀世界的思維方式和觀察方式去認識。而在當前的宏觀空間表現出來的特性與宏觀物體大不相同，比如說：量子沒有質量、慣性等，所以難以用經典力學的理論去描述。光子發出時沒有加速過程就直接達到光速，遇到反射時也沒有動量和速度損失；穿過雙折射晶體時會降低速度，通過後沒有力的作用而又立即恢復光速。量子的出現是否也在暗示我們經典力學宣示的並非是宇宙中物體的本質屬性呢？

量子力學對量子的描述還沉浸在經典力學基礎概念之中，例如：上旋與下旋的動量守恆等。許多實驗結果在向我們作出提示：量子的自旋和進動姿態在傳播過程中是可以不受其它因素影響，進動和沿軌道的旋轉周期和軌道平面方向則可能發生改變，例如穿過方解石等雙折射晶體時會產生水平和垂直兩條路徑上的偏振，頻率和波長也發生改變，但光子的自旋和進動姿態可能不會變化。所以，這兩路糾纏光子的偏振方向是完全可以預測的。

因此，雙光子糾纏態檢驗所驗證的水平振動與豎直振動相對應的關聯性，只是o光與e光兩條光路的固有特徵，與其它光子對是否也存在交叉關聯呢？糾纏光子對中的兩個光子，還可能是一個微粒雲團分割而成，具有相同的自旋、進動及及相位狀態特徵，只不過是兩條路徑的折射率不同會導致它們的波長及頻率發生不同的遷移。如果在其中一個的光路上放置偏振片使得其振動平面（旋轉軌道平面）偏轉某一角度，此時它們還處於糾纏態嗎？由此可以看出，就糾纏的概念而論，若沒有「幽靈般的超距作用」的波函數坍縮，只不過是驗證了兩個光子一個水平振動，另一個豎直振動這種發出時的原初狀態而已，哪裡體現出了非定域性的特徵呢？與兩個獨立的光子有那些區別呢？

所以說，量子糾纏的某種關聯性帶給人們無限的遐想的基點是瞬時或同步的感知或傳遞某種信息，從玻爾開始，物理學家們卻謹慎的避開了這個問題，對貝爾不等式的驗證則只是針對兩個光子偏振方向的對應性進而在隨機性方面下功夫，而這種對應性卻是格蘭湯普遜稜鏡產生的e光和o光兩條路徑上的光子的共性。這種悖論出現的原因是由於量子論中對光子模型的詮釋的疊加態和不確定性引起的。也是經典力學唯物主義與量子力學唯心主義哲學觀在這個問題上相互碰撞的一種反映，在量子作為粒子的物質性的上面纏繞了主觀意識的煙霧。實際上，物質和精神，存在與意識原本就是具有統一性的。人類的科學技術尚未充分認識的微觀世界的物質存在層面就被當成是精神的層面，而波粒統一性模型的建立則可以解釋物理實驗中許多無法直觀理解的理論和實驗現象中的疑惑。

還有一種雙光子成像數字全息技術被人誇張的稱為「鬼影成像」。其原理也是利用格蘭湯普遜稜鏡等方式產生的e光與o光之間夾角相對固定的特點，一個光子照射物體被探測器記錄的同時，另一個光子在另一處的探測屏上被記錄二維坐標，兩組數據對應並經數字處理便生成圖像。實際上，這也是基於兩個光子路徑角度形成的空間位置幾何的對應關係，並非一個光子看到物體，另一個光子「心靈感應」而畫出圖像。此外，在網絡上熱議的延遲選擇擦除實驗中的詭異，被說成是：現在的決定可以改變昨天發生的事件。其實都是同樣的實驗設計，使兩處的探測時間差小於光速傳遞信息的時間，從而兩個光子來不及傳遞信息。但對實驗中不同探測器數據處理後的曲線的π相位差偏移卻沒有給出合理的解釋。如果按照波粒統一性模型則可以很容易的理解這種現象。這些實驗設計中未能解析這些現象的原因，一是由於波粒二象性詮釋的影響，把量子當作是一個不可分割的基本粒子；二是單光子探測技術發展中存在的探測技術局限性以及雪崩光電二級管對偏振光的敏感性和探測效率問題，當單光子偏振面（旋轉軌道平面）法線與探測方向近乎垂直時，則相當於對偏振光的探測。也正是由於在哲學觀方面的制約，才有了「柴郡貓」的微笑在空中幽靈般的浮現。

總而言之，量子力學的發展過程中的各種爭論背後是不同哲學觀的認識碰撞，畢竟對宇宙間物質本源的探索離不開哲學觀和認識論在時空維度和認知層次方面的突破和超越。唯物主義的「實在性」沉湎和唯心主義的「疊加態」浮想交織在一起，便給了幽靈出沒的空間。但這種鬼魅般的「柴郡貓」微笑幻影卻不是真正神跡的顯現。宇宙和生命起源的真相將會顯現，卻一定會是以光明磊落和堂堂正正的方式展現在人類面前。

附言：
因為看到網上有些文章和視頻中，把量子力學實驗中的詭異現象當作神跡加以引用，所以，從證實法角度，寫了這方面的認識，作為整體證實法的一個補充。