量子糾纏違背現代物理的相對論

人工智慧、大數據和雲計算構成了未來科技畫面的「三大拼圖」，它們以英語字母的ABC開頭，由此被人們稱之為「ABC技術」。世界上的互聯網科技和互聯網商業公司都在爭先恐後地研發ABC科技，中國和美國的高科技公司在ABC技術的開發領域處於世界的「第一方陣」，中國的阿里巴巴、騰訊、百度和美國的谷歌、微軟、亞馬遜都將ABC技術擺在了公司優先發展的戰略地位，近幾年來，中外互聯網商業和科技公司的「大佬」在各種場合的演講和發言中「不厭其煩」地講述了「ABC科技」在未來三十年對人類社會和人們的生活和交往方式產生的影響，認為忽略ABC科技研發和應用的公司將會面臨淘汰，忽略ABC科技影響的人將會面對出局。商業「大佬」、學者和政府官員儘管不能預測以ABC科技為核心的「第四次工業革命」、或「第四次技術革命」的影響力度和範圍，但是，他們都高度重視「第四次浪潮」對國民經濟和國民生活的衝擊，我們將商人、學者和官員在科技進步方面達成的一致觀點看成是一種認識論的「等效原理」。中國在ABC科技風潮的推動下不會扮演「跟風者」的角色，而是更多地承擔了引領者的使命，中國科技人員申請的專利數量，研發的智能產品都處於世界的前列。

阿里巴巴的「大神」馬雲、京東的「小神」劉強東在近期「情彩飛揚」的演講中屢屢觸及人工智慧、大數據、雲計算的話題，他們多少誇大了人工智慧和機器人的能力。人工智慧、機器人和勞動者之前存在部分的「等效原理」，因此可以部分地替代勞動者的腦力和體力勞動，但是，人工智慧、機器人和勞動者之間不存在完全的「等效原理」，因此它們不能完全地取代人的勞動，即使人工智慧和機器人可以部分地取代人的勞動，比如：在工廠的流水線上大量使用機器人，在服務行業用機器人代替服務員，在航天探索領域用機器人代替航天員，如此的「崗位替換」會造成大量員工的失業。人工智慧和機器人不是萬能的，儘管它們的智力和體力在設定的範圍內遠遠超過了「最強大腦」和「最強體魄」的人，但是，這種智能只能在數理模型和計算機的演算法上得以展現，它們不能發明一款簡單的遊戲軟體，不能選擇人所獨有的性格、情感、語言、行為，不能擁有人的信念和願景、人的價值和理念，人工智慧和機器人永遠不會成為社會文化的擁有者。人工智慧和機器人不會取代未來人與人的直接交往，不會取代未來教師和學生面對面的教育，儘管未來的人會更多地依賴人工智慧、機器人的幫助和指引。未來的「百度機器人」和「谷歌機器人」也不能消解我們的「疑難」，比如：如何用量子糾纏檢驗廣義相對論？量子糾纏是否違反了廣義相對論？至於在月球的背面是不是存在外星人？在太陽系以外的宜居行星上是否存在外星人的基地？所有的這些科學探索問題都不能指望機器人的解答，與其指望機器人、不如指望「外星人」的幫助。

量子糾纏指的是兩個、或多個粒子之間物理狀態的同時變化，無論兩個、或多個粒子之間的距離有多遠，甚至無論兩個、或多個粒子處於什麼樣的物理參照系。量子糾纏指稱的兩個物理事件幾乎在同一時間發生，符合「同時性原理」，但是，根據愛因斯坦狹義相對論的解釋，兩個物理事件同時性的概念是相對的，在一個參考系發生的同時性事件，在另一個參考系看來則是非同時性的，在愛因斯坦的狹義相對論中，同時性概念不再有牛頓物理的絕對意義，它同慣性系的選擇有關，同時性只有相對意義，只有對於同一慣性系下不同時空點發生的兩個事件，同時性才有絕對意義。為了說明同時性的相對性，愛因斯坦設定了「愛因斯坦的火車」的假想實驗，如果一名站在車廂中點位置的實驗員將兩束光線同時發向火車車廂的兩端，由於車廂中點的位置與車尾和車頭的距離相等，實驗員可以認為一束髮向車尾的光和一束髮向車頭的光同時到達火車的車尾和車頭，儘管火車在駛向前方，由於實驗員站在車廂之內，他或她感受不到火車的速度對兩束光線飛行距離的影響，從「火車參考系」來衡量，兩束光線抵達車尾和車頭的兩個事件是同時發生的，但是，從火車之外的「地面參考系」來衡量，或者從一名站台員看來，從車廂中點發出的兩束光線沒有同時抵達車尾和車頭所在的地面位置，發向車頭的一束光線首先抵達了車頭的地面位置，而發向車尾的一束光線隨後抵達了車尾的地面位置。

根據哲學解釋學的「等效原理」，我們可以設置不同版本「愛因斯坦的火車」的實驗場景，比如：:從火車車廂的兩端向車廂的中點發射兩束光線，在車廂內的乘客看來，兩束光線將會同時達到車廂的中點，而在車廂外的站台人員看來，兩束光線先後到達車廂中點所在的地面位置。「愛因斯坦的火車」的思想實驗表明了同時性的相對論，時間的間隔與參考系的選擇有關，在一個參考系同時發生的事件，在另一個參考系的觀察者看來則不同時。愛因斯坦認為兩個事件發生的時間間隔與測量時間所用的鐘的運動狀態有關，對一個鍾是同時發生的事件，對另一個鍾就不一定是同時的。量子糾纏是兩個、或兩個以上粒子發生「行為人一致」的同時性事件，我們對量子糾纏行為的同時性了解得不夠深入，根據現有量子實驗的成果，量子糾纏的同時性似乎與時鐘的選用、與參考系的選擇沒有關係，這種同時性是無條件的、絕對的，而根據相對論時間間隔的定義，物理事件的同時性與時鐘的選用、與參考系的選擇有關，事件的同時性是有條件的、相對的。如果我們從相對論框架下的同時性概念來理解量子糾纏，那麼可以認為在一個參考系發生的量子糾纏的同時性，在另一個參考系的觀察者看來則是非同時性的。如果我們從量子糾纏行為的無條件性、絕對性來理解，那麼量子糾纏行為的同時性適用於任何的參考系。

我們除了沒有弄清量子糾纏同時性的概念之外，還沒有弄懂參考系的選擇對量子糾纏行為的影響，現有的量子實驗成果似乎表明，量子糾纏行為不受任何參考系的影響，比如：既可以在地面開展量子糾纏實驗，也可以在近地軌道的太空開展實驗，兩種不同的實驗環境對量子糾纏行為似乎不發生影響，由於科學家還沒有開展極端環境的量子糾纏實驗，因此，我們不能確定一般環境和極端環境的量子糾纏行為是否符合「等效原理」，比如：弱重力、弱磁場環境和強重力、強磁場環境的量子糾纏行為是否符合「等效原理」。但是，我們已經清楚地了解參考系的選擇對光子行為的影響，這種影響通過廣義相對論得以精確地描述，比如：光線在引力場發生彎曲，最靠近地球的大引力場是太陽引力場，愛因斯坦曾經預言，遙遠的星光如果掠過太陽表面，將會發生1.7秒的偏轉。比如：光線的引力紅移，在引力場的時鐘要變慢，產生「時間稀釋」效應，從恆星表面射向地球的光線，其光譜線會發生紅移，由於恆星引力的作用，遠離恆星表面的光波會損失一部分能量，從而波長變長、頻率下降。廣義相對論證明了物理學規律在不同強度的引力場不會發生形式上的變化，這符合相對論理論前提的「等效原理」，廣義相對論證明了物理學規律在不同強度的引力場會發生內容上的變化，這符合我們解釋的「差異原理」，比如：光線在強的引力場中發生的偏轉大，而在弱的引力場中發生的偏轉小。

我們不能預測諸如量子糾纏發生在黑洞的內部時會產生什麼變化，不能預測當一對糾纏光子中的一個掉進了黑洞，另一個留在了黑洞之外時會不會繼續保持量子糾纏的狀態，霍金曾經設想一對虛光子的一個掉進了黑洞，另一個留在了黑洞之外，留在黑洞之外的一個粒子會帶走黑洞的一點能量，從而產生黑洞輻射、或霍金輻射的現象，黑洞在幾十億年的輻射過程中將會導致「黑洞蒸發」。本作者發現，在「霍金輻射」的偉大思想實驗中還包含了量子糾纏的場景，研究黑洞場景的粒子和「虛粒子」的量子糾纏行為也許能夠帶來新的啟示，對「霍金粒子」量子糾纏的研究和天文觀測也許能夠解決黑洞「信息丟失」、或「信息悖論」的難題，我們通過黑洞內外糾纏粒子的信息傳遞，能夠獲取黑洞內部的信息。本作者將量子糾纏和「霍金輻射」聯繫起來，這當然屬於物理哲學的一大創舉，到目前為止，科學家只是通過引力波的觀測來了解黑洞碰撞與合併事件的發生，了解黑洞質量和旋轉的「外部信息」，我們也許可以通過量子糾纏來獲取黑洞結構和粒子組成的「內部信息」。用量子糾纏原理來揭示「黑洞信息學」，這是霍金沒有想到的科學路徑，這種新奇的想法令本作者欣喜不已，就像一位創業者發現了新的商機一樣。當然，本作者在本文表達的「主題思想」不是黑洞信息和量子糾纏的關聯，而是量子糾纏和廣義相對論的聯繫。如果任何的參考系，比如：強的和弱的引力場、磁場都不影響量子糾纏的行為，那麼量子糾纏將會違背狹義和廣義相對論的原理。

2017-6-29

（Is Quantum entanglement contrary to the general theory of relativity ？）

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