[悼事頭婆] 再談量子糾纏,貝爾的女王比喻

Godfrey Leung
Oct 3, 2022

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(RIP事頭婆。「圖文不符」,好像是)https://learngerman.dw.com/en/queen-elizabeth-iis-death-brings-united-kingdom-to-a-standstill/a-63068846

量子力學(Quantum mechanics),這上世紀發現的現代物理學根基,雖然已經過了這麼多年,但依然是最常被人誤解,或被「有心人」利用的物理範疇,好像任何天馬行空、荒謬的事情,只要加個「量子」在前,就會變得可信及有可能(就如Marvel那些超級英雄科幻片,像蟻俠、奇異博士等等,胡亂詮釋一番那樣)。

而量子力學範疇當中,量子糾纏(quantum entanglement)可以說是最多人誤解的了。小弟此前也寫過一篇拙文講解過一下[1]。「剛好」最近上個月傳奇的英女王去世(RIP……😢 ),令小弟回想起量子力學大師貝爾(John Stewart Bell),他解釋量子糾纏時用過的那個比喻。

王室王位繼承的量子糾纏比喻

圖左:事頭婆過世前的最後公開照片;右下:王室成員在她去世當日趕去見最後一面
(From LBC,Picture: Alamy)

量子糾纏,雖然給愛因斯坦誤解戲稱做「遠距離嘅鬼魅效應」(spooky acton at a distance),認為/擔心這量子力學現象會「破壞」其相對論,違反宇宙因果關係的光速限制,但其實這現象,當中根本並不涉及因果關係,不存在甚麼一方的作用力,遙距瞬間影響另一方。

事實上,即使是在宏觀物理世界,一樣存在著如量子糾纏現象般的超光速瞬間效應,例如剛剛不幸終於發生了的英國王位繼承事件。

(擷取自貝爾著作《Speakable and unspeakable in quantum mechanics》)

為何王位繼承事件是超光速?因為當事頭婆一去世的一刻,根據王位繼承順序,排頭的查理斯王儲便會瞬間繼承了其王位。這裡說的「瞬間」,是真的瞬間,並不需要經甚麼繼任儀式、甚至收到女王去世消息,才繼承到。只要佢是排在繼承順序首位,根據王室規則、英國及英聯邦王國法律,他便會瞬間自動繼承王位。這只是邏輯跟規矩下的結果,當中並沒涉及過所謂「因果關係」,即是不存在事頭婆去世,產生出「神秘」作用力/「能量」,傳遞到查理斯那裡,導致他變成王。

或許你會質疑,如果事頭婆去世消失被封鎖,查理斯沒人承認,那還可以算「繼承」嗎?這「王位」還有實質意義?事實上,這樣想也沒錯,因為量子糾纏其實一樣可以是「沒意義」的。正如量子資訊(quantum information)量子通信(quantum communication),量子糾纏如果沒另外一條訊息傳遞渠道(受光速限制),也是「沒任何意義」的。結果只會跟沒量子糾纏時的普通量子情況一樣,是完全隨機,而你亦不會分辨出有甚麼不同,即不能利用其效應作任何「有意義」的操作。

總結

量子糾纏其實當中過程,並沒涉及過任何(有效)訊息傳遞,而且其實現實宏觀世界一樣有類似的「超光速」效應,就如王位繼承。正如統計學名句,相關不蘊涵因果(Correlation does not imply causation),其實即使存在著邏輯關係,亦不等於當中必然存在著因果先後關係。

最後請容許小弟送上Joanne Boyle為事頭婆寫的一首詩,緬懷一下這位可能是英國王室最後一代的女王,希望佢終於能好好休息,與菲臘親王重聚

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Godfrey Leung

土生土長香港人,有幸在劍橋待過,閒時研究物理,憂心香港未來的「業餘足球員」,曾夢想成為另一個湯川教授。 劍橋大學數學系碩士、諾定咸大學博士,曾為APCTP博士後研究員,主修宇宙學。 現為data scientist www.facebook.com/godfreyleung.cosmo