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Quantum Entanglement (量子糾纏)

二十世紀千禧人物愛因斯坦( Albert Einstein )曾經做過一個很著名的思想實驗( Thought Experience ),叫做 「 愛波羅詭論 」 ( Einstein-Podolsky-Rosen Paradox ),簡稱 EPR 實驗。這個實驗是他於 1935 年與另外兩位元物理學家 Boris Posdolsky 及 Nathan Rosen 在美國普林斯頓大學提出來的。他想像兩個完全一樣的電子( Electrons ),以不同的方向以高速運動。假設他們稱作 A 粒子及 B 粒子。

他們認為觀測 A 粒子的過程亦必然同時影響了 B 粒子。可是, 它們是以不同方向運動的,而且互相分開一大段距離。意思即是 A 粒子及 B 粒子在另一個空間( Non-local Domain )是連結在一起的。在觀察 A 粒子的過程中,某些肉眼不能見的相互作用和溝通已經以快于光速的速度影響了 B 粒子,這兩粒電子雖然是分開,但事實上是纏結在一起( Entanglement )。

這個思想實驗後來亦確實由專門為歐洲粒子物理研究中心( CERN )設計儀器的愛爾蘭物理學家約翰 . 貝爾( John Bell,1928 – 1990)在實驗室中證實出來。不過,他用了光子(Photons)來代替電子, 光子有一種特性叫做偏振( Polarization ),即是某一方向的振動。根據「海森堡測不準原理」,我們無法準確測量出光子偏振的方向,我們只能夠得到向上或者向下振動的大概答案。實驗的裝置其實並不複雜,中間是一個光源裝置,負責向兩邊發出不同偏振角度的光子,兩邊分別放了兩塊偏光鏡(例如好像 「寶麗來 」 偏光太陽眼鏡之類的物料)。想像偏光鏡的作用就好像一排鐵閘,那些偏振方向大致與鐵閘平行的光子便能夠通過,而那些因為偏振方向明顯與鐵閘不同的光子則被偏光鏡反射,而且反射出來的偏振方向會與偏光鏡的偏振方向垂直。在偏光鏡的兩側放置了兩個測量光子偏振情況的偵測器。實驗顯示非常奇特的結果:一對光子呈現了 「 孿生狀態 」 ( Twin State )。當其中一個光子擊中偏光鏡後,它可能是通過或反射,形成了某一偏振角度,而另一邊的那個光子的偏振會立即被複製。舉一個比喻, 假設我們改變一個溜冰場上正在滑行的運動員的前進方向,她的孿生姊妹亦會同時在另一個溜冰場上改變成為相同的前進方向。這個實驗證明一對光子的而且確是在一個肉眼不能見的空間連結在一起。在九十年代中期,日內瓦物理學家進行了更 深入的實驗,就是沿著長約 10 公里的光纖電纜發射光子,結果顯示兩粒光子仍然表現出 「 孿生狀態 」。 這證明 Non-local Domain 是沒有地域距離的限制的。

「愛波羅詭論」 是一個奇怪的現象,因為宇宙中並沒有速度可以比光速更快,那麼上面那兩粒相距甚遠的光子是靠甚麼來溝通的呢? 倫敦大學物理學家大衛‧波恩( David Bohm )提出 下面的比喻來解釋:想像有一個水族箱,裏面有一條魚。你無法直接觀看這個水族箱,因?你坐在另一間房之中,你只能透過兩台電視攝影機來觀察它,一台位于水族箱的正前方,另一台位于側面。當你看著兩台電視監視器時,你可能會認為在兩個熒光幕上的魚是分離的個體。皆因由于攝影機是在不同的角度對著那條魚,兩台攝影機得到的影像也會有所分別。然而,你覺察到兩條魚之間有特定的連結關係。當一條魚轉身時,另一條也會做出不同,但配合的轉身動作。如果你不知道真相,你可能會認為兩條魚一定是在互相心電感應,但是這顯然並非事實。實情是,兩條魚都只不過是幻象,它們之間亦沒有甚?超光速的訊息交換,它們其實是一條魚的兩個化身。

波恩的比喻告訴我們,宇宙是一個整體性的東西的破碎投映,宇宙的森羅萬象只是一種幻覺。在終極的實相中,宇宙中的一切都是一個整體。你身體細胞中的一個電子,月球表面的一粒微塵中的一個質子,南極洲的一點水滴,北極的一片雪花,亞瑪遜森林的一棵樹,非洲大草原上的一頭大象,大西洋深海中的一條灰鯨 ……一切事物都是同體的,而且不單止空間是一個幻像, 甚至時間也是虛妄的,過去,現在,未來都共同存在於那個整體中。

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