不可克隆理論背後的科學真相究竟是什麼？

圖一

克隆，如果你想複製某物你需要三項東西：要複製的東西、製作複製的原材料以及原材料變成要複製的某物的流程。要複製一張著名的油畫你需要一張空白的畫布、一柄畫筆和顏色正確的顏料，然後你小心的把顏料畫在畫布上，盡量和原畫一致。然後最好能賣上個好價錢，但是你的畫和原畫並不能完全一致。

比如顏色稍微亮了點、一筆稍微重了點、新畫布里的碳十四稍微多了一些等等。這是一個複製品但不完美，那麼在亞原子水平上完美的複製品可能存在嗎？能否複製一個我大腦的複製品精細到神經元以上，以至每個在神經元間傳遞的鈉離子的位置、動量、自旋都和原件完全一致呢？物理學家稱這種完美複製為克隆，這和生物學的克隆絕不是一回事，也就是兩個生物DNA相同但是這兩個生物的生長發育可能大不相同。

物理學中的克隆指更加完美的複製，複製品中的所有粒子的相對位置、動量、能量級以及其間所有的鍵和相互作用都和原件完全一樣。如果在你蒙上眼時，把克隆和原件隨機互換你就真的完全沒辦法分辨哪個是原件，哪個是克隆。但不幸宇宙很是讓人掃興，完美的克隆是不可能的，我不是說我們不知道怎麼克隆或是因為太難我們還沒成功過。

圖二

我是說，我們已經在數學上證明完美克隆原則上是不可能的。接下來是證明我盡量不涉及數學運算，宇宙中的所有東西都是量子物理中的基本粒子，以及它們之間的相互作用力組成的。為了證明不可克隆原理，我們要知道克隆量子粒子是什麼意思。

首先我們需要知道所有量子粒子都遵循的三個重要的基本性質，第一條量子性質。粒子可以同時出於多種狀態比如薛定諤的貓，困在裝有42%可能會在某時爆炸的炸藥的碉堡中，但也許還沒爆炸。

所以炸藥處在一個已經爆炸和還沒爆炸的疊加狀態中。再比如一個同時穿過兩個縫隙的光子，它和自己干涉，於是大量光子逐一經過後就在牆上形成了美麗的圖案。再比如位於原子中軌道上的電子，它的波函數同時佔據空間中的多個點。簡而言之，在量子力學中總體等於部分相加，也就是各可能部分的疊加。

第二條性質，當視多個粒子為一個整體時比如一個原子或一對糾纏的光子或炸藥和薛定諤的貓或其他什麼是其組成部分的乘積。因為是量子系統，所以是組成部分的乘積的和。所以薛定諤的盒子中的情形可以形容為炸藥已經爆炸乘以貓已死加炸藥還沒爆炸乘以貓還活著的疊加，簡而言之複合起來的量子物體是乘在一起的。

圖三

最後第三條量子性質，任何對處於疊加態的粒子的變動分別會影響所有的態。

圖四

就像你向右2英里向上1英里然後把地圖旋轉90度，和分別把兩個箭頭旋轉90度再相加是一樣的。再比如你有一個電子，它同時處於這裡和那裡的疊加，這個電子在向右運動這意味著一秒後的電子處於一秒後的這裡和一秒後的那裡的疊加。簡而言之，對於疊加態的物質也就是多個部分的和任何對部分之和的變動或變換等於將各部分變換後再求和。

無論這個變換是旋轉、移動還是一整套假設上的克隆流程。讓我們總結一下，為了證明不可克隆原理，我們會用到宇宙中所有基本粒子都遵守的三個性質：1·單個粒子可能處於疊加態中，就像多個態相加；2·粒子的組合是組成成分的乘積或組成成分的乘積的和，看起來像相乘；3·任何粒子或粒子的組合的變換等於分別對各部分進行變換，就像分配。這些講完了，我們可以真正開始證明了。根據剛才列出的那些性質，我們來看看量子克隆機器意味著什麼。

圖五

我們需要要克隆的原件製作克隆的原材料，還有把原材料變成與原件完全一致的複製品的流程。我們的機器不應該事先知道要克隆的原件是什麼，否則這就不是一台克隆機器而是一台已知物品的機器。

所以如果克隆流程存在，我們應該能克隆任何我們想克隆的樣本，最終得到兩份樣本。問題在於，如果要克隆的樣本處於疊加態比如薛定諤的貓的盒子里的炸藥處於爆炸和沒爆炸的疊加態，如果我們對處於疊加態中的盒子中的炸藥進行假設的克隆我們會得到爆炸加沒爆炸乘以爆炸加沒爆炸。

但因為在量子力學中變換整體等於把變換分配給所有部分，意味著我們對疊加態的各部分克隆結果應該是一樣的。分別克隆爆炸和沒爆炸，然後加在一起。但是我們沒有得到一樣的結果，因為爆炸乘以爆炸加沒爆炸乘以沒爆炸不等於爆炸乘以爆炸加爆炸乘以沒爆炸加沒爆炸乘以爆炸加沒爆炸乘以沒爆炸。

會發現有一些多餘的項對不起來，總而言之如果量子力學和克隆都為真，那麼（A+B）2一定等於A2+B2；但是（A+B）2不等於A2+B2。這個矛盾意味著要麼量子力學錯了，完全是跟所有科學界最細緻精確的實驗結果對著干。

圖六

要麼克隆流程不可能存在，劇透警告，看起來對克隆很是不利。順便一提，這是一例反證法。符合邏輯但不總是很好看的一種證明法，你首先假設你要證明的東西的反面是真的，然後點明這個假設會導致矛盾或其他邏輯問題。

所以假設不可能成立，所以你想證明的一定是真的。比如要證明最大的偶數不存在，我們首先假設存在一個最大的偶數叫它E，因為它是偶數，所以E等於2乘以某個數。但是如果給這個數加1再乘以2我們會得到一個偶數，因為2是它的一個因數，但是這個新數比E大。而我們假設E是最大的偶數，這是一個矛盾。

所以存在最大偶數的假設一定不是對的，所以沒有最大的偶數。好的，回到克隆。概括一個不可克隆的原理的證明，我們首先假設克隆是可能的，然後點明這個克隆會在邏輯上造成矛盾，即克隆總體和克隆部分的總和得到的不同結果，所以完美克隆是不可能的。我想指出，這個證明沒有涉及任何克隆的具體方法，它只是檢驗了任何克隆方法都會具有的性質。比如它必須存在於我們的物理宇宙中，還有它必須能克隆東西。

圖七

剛剛的證明證明了任何具有這兩個性質的東西都不可能存在，然而如果你想在科幻未來中生活你並沒有失去全部。雖然完美克隆不可能相當近似的複製克隆還是可以存在的，比如以83%的準確性克隆量子比特是可能的。更令人激動的是，不可克隆原理只約束了克隆，傳送還是可能的。因為傳送包含了一個對象用來製造傳送的版本的原材料，還有把原材料變成對象，而對象原來的位置變成空機器的流程。

圖八

簡單運算一下，我們發現傳送一個疊加態或疊加態的總和的卻等於分別傳送的部分和總和。而且，不可克隆不意味著宇宙中不能存在兩個完全一樣的物體。只是說，不可能把 現在不知道其所有信息的既存物體完美的複製同時不損壞這個物體。