規律與鬧鬼

文/圖 大可

規律與鬧鬼

文/圖 大可

還記得去年第四期上《“反常”的世界》里講過的有趣故事嗎？

是的，我們講了神秘莫測的量子世界。

量子神秘到什么地步？

連看（觀察）也不能看一眼，一看它就變了位置！

一看了其中的一個，另一個與它有糾纏關系的，哪怕遠隔千山萬水、天上地下，也會受到影響，也會發生改變！

墨家邏輯

天上地下？

對，不是形容詞，是事實！

2016年8月16日凌晨，“長征二號”火箭把中國第一顆，也是世界第一顆量子科學實驗衛星“墨子號”送到了太空。它有很多任務，其中一項，就是建立地面與空間的鏈接，這不就是遠隔天上地下嗎？

命名為“墨子號”，是對中國著名的思想家、教育家、科學家、軍事家，墨家學派創始人墨子的致敬。

中國古代名著《墨子》中，記錄了墨子的科研成果，涉及力學、光學、幾何學、工程技術知識、現代物理學、數學……哈哈，有很多我們還沒有接觸過呢，是嗎？

比如，墨子和他的學生做了世界上最早的“小孔成像”實驗：在一間黑暗的小屋朝陽的墻上開一個小孔，人對著小孔站在屋外，屋里相對的墻上就出現了一個倒立的人影。為什么會發生這樣奇怪的現象呢？《墨經》（《墨子》的一部分）中寫道：“景光之人煦若射,下者之入也高,高者之入也下。”意思是：光線穿過小孔像射箭一樣，是直線行進的。人的頭部遮住了上面的光，成影在下邊；人的足部遮住了下面的光，成影在上邊，就形成了倒立的影。這是對“光線是沿直線傳播”第一次的科學解釋。《墨經》里提出的光影關系、小孔成像等“光學八條”，奠定了如今光通信、量子通信的基礎。

墨子的墨家邏輯是全球三大古老邏輯體系之一，而邏輯體系是科學的基礎。

因為研究“邏輯”就是研究規律呀。

“一次性”密碼

遠隔千山萬水、天上地下也會受到影響的量子糾纏，被偉大的愛因斯坦嘲笑為“遠距離鬧鬼”——他是不相信量子糾纏這個事兒的。可是，地面上的實驗已經成功了，你看過《“反常”的世界》就知道了。

“墨子號”上天是為了看看相隔天上地下，量子會怎么表現。

天上地下建立起聯系的一個任務，是為了首次完成衛星和地面之間的量子通信。

在戰爭年代，為了不被敵人破譯，通信會設置密碼，只有掌握密碼的人能讀懂內容。

編寫密碼有“替換法”：比如先把每個字變成代碼。這得用一本已經成型的代碼本，比如中文電碼本之類。否則你自己另編一本代碼，不僅花時間，還得印制好多本給需要的人，不利于保密。在中文電碼本上，“兒”的代碼是“0334”、“童”的代碼是“4547”、“時”是2514、“代”是0108……你問，這還有什么保密可言？別著急，“替代法”來了：0到9十個數字互相替換，假設“1”替換成“9”，“9”替換成“3”……讓自己人掌握替換規律，就能順利讀出內容。

此外還有“圖形法”等等。

有密碼就有破譯專家，“替換法”、“圖形法”等在他們眼里太“小兒科”。后來發明了“恩尼格瑪”密碼機，依靠機器的運轉，把簡單的替換法變成了復雜的替換系統，能變換出以“千萬億億”計數的密文字母。可是沒高興多久，圖靈發明了計算機，成功破譯了恩尼格瑪密碼情報。

看來，機器加密也不可靠。

如果運用量子世界規則來加密呢？在量子世界，竊取密碼的人在“偷看”（觀察）時，都會使它發生更動，也就會被密碼主人察覺。

而且，以前的密碼無論怎么設計，都要事先商量好規律，一旦規律被破譯，或者記錄規律的密碼本失竊，或者被懂密碼的人出賣，再復雜的設計也是白搭。

而量子通信的密碼不是事先規定死的，是在通信的時候隨機產生的。密碼發給信息發、收雙方。發送、接受的方式，以及確定是不是被竊取，都利用了量子的特性，比較復雜，先不介紹了。但“一次性”密碼的安全性，密碼本是怎么也趕不上的。

是否鬧鬼

即使各種實驗都在證實，確實有“遠距離鬧鬼”這回事，但人們對這種現象還是有許多地方覺得不可思議。為了對愛因斯坦的嘲笑“負責”，各種測試方法不斷涌現。“墨子號”上天后也沒有停止，而且人們越發小心，實驗手段似乎顯示出很不自信的模樣。比如，去年的一次實驗，居然邀請全世界的人來參與，因為科學家怕是真的有“作弊鬧鬼”的事兒。

我們說過，量子一觀察就會起變化，那么，其中是否有一個“通風報信者”，在提醒量子們注意：有人觀察，趕快變成被觀察到的模樣？甚至是量子們會“互相提醒”呢？

量子糾纏似乎也證明了這個問題，為什么觀察了其中的一個，另一個與它有糾纏關系的，哪怕遠隔千山萬水、天上地下，也會受到影響，也會發生改變，它們之間“通風報信”的速度，連我們現在認為最快的光速也比不上！

實驗邀請全世界的人幫忙，至少要30000個人。從全世界邀請，被邀請的人眾多，是想讓人們“互相不搭界”，把“作弊”的可能性降到不可能吧？

做法是把一對糾纏粒子分隔兩地，讓不同的觀測者，同時對兩個粒子進行獨立觀測，具體觀測方法必須由隨機選擇而定。“隨機”，就像量子通信密碼那樣，讓任何人沒有事先準備的條件，一切為了讓糾纏的量子沒有提前串通的機會。

而且不是觀測一對“糾纏”，而是大量的“糾纏”，用這樣的方法，來排除實驗結果的偶然性。

其實，這樣的實驗已經有過多次，每次都說：愛因斯坦，你別不信，量子世界的現象，真有其事！

但是，以前選擇的“隨機”方法，真的是隨“機”——是“隨機數發生器”做的選擇。小心翼翼的科學家想：隨機數發生器是機器，機器都是嚴格按照規則來運轉的，這樣的“隨機”，不就像密碼本那樣，其實是有規律的？這不是給了量子們“串通”的機會了嗎？

于是，科學家們決定讓“人海”來選擇不同的觀測方法，他們設計了通道，讓人們來參與。

困惑的人類

可是，還有科學家在嘀咕：人是靠自己的想法在選擇，人的想法——意識，會不會也有量子糾纏的現象，以致影響到“隨機”性呢？

因為科學家認為，人的大腦有直覺，直覺只能在量子系統才能夠產生。計算機、機器人都是靠邏輯運算，所以不能產生直覺。

那么，這次實驗，人的直覺是否會不知不覺地成為“通風報信者”？實驗結果能不能正確地回復愛因斯坦？

量子啊，你把人類弄得太困惑了！