量子为什么会纠缠，本质原因是什么？

　　问题：量子为什么会纠缠，本质原因是什么？
　　量子纠缠现象大师们都很难说明白。
　　量子纠缠是量子系统的一种现象，理论很复杂，要说清楚很难。对于量子世界的奇异特性，不但我们瓜民们如雾里看花，就是物理学大师们也有不同看法。为了弄清这些问题，上世纪一些物理学、量子力学大师们曾经有过一次剧烈的争论，代表人物都是量子力学的鼻祖。
　　以爱因斯坦为首的经典物理学派认为，量子力学里面的一些无法预测的＂诡异＂现象，如量子纠缠＂鬼魅般的超距作用＂，主要是其理论尚不完备，有一些深层次隐性规律还没有被人们所认识，他把这种规律称为隐变量，只要找到这些隐变量，这些现象就不诡异了，就可以预测了。爱因斯坦的口头禅是＂上帝不会掷骰子＂，支持他的有薛定谔、贝尔等。
　　争论的对方叫＂哥本哈根派＂，其代表人物有波尔、波恩、海森堡等，他们的理论被称为＂哥本哈根诠释＂。核心是坚持观测事实，认为粒子的波粒二象性、不确定性原理、波函数塌缩、量子纠缠等奇异特性，是量子世界的固有特性。它们更像是＂别去管上帝能做什么＂，似乎＂上帝真的在掷骰子＂。
　　最终哥本哈根诠释胜出。
　　一直到爱因斯坦、波尔等大师们都到天堂去了，争论依然没有结果。他们在天堂是不是还在争论我们也不知道，因为＂量子纠缠＂本身不携带信息，我们无法知晓变成量子的爱因斯坦们在干什么。倒是曾经支持爱因斯坦隐变量理论的约翰·斯图尔特·贝尔，一直孜孜不倦地想证实爱因斯坦正确，他提出了一个逻辑严密的数学不等式，只要这个不等式成立，爱因斯坦就胜出。
　　但结果令他失望，反复的实验，不等式都不成立。后来又有许多科学家验证了这个不等式，确切地证实了这个不等式不成立，从而判定爱因斯坦所主张的隐变量不存在，支持了哥本哈根派，哥本哈根诠释完美胜出。
　　这个结果传到依然在天堂争论的爱因斯坦和波尔们那里，不知他们作何感想，是不是会偃旗息鼓呢？
　　这个结果说明，量子力学里的量子纠缠、测不准定律、波函数坍缩确实在微观领域存在，但为什么存在呢？没人知道，因此量子纠缠的本质到底是什么，为什么会纠缠，没有一个完美的理论解释。
　　那么何谓量子纠缠呢？
　　这是量子力学里面描述粒子特性的一个概念，说的是当几个粒子在一起相互作用后，其原来各自的特性就会消失，而综合成整体性质，人们无法将这些粒子区分单独描述某个粒子性质，只能够描述整体系统的性质。
　　即便把这些粒子分开到很远距离，它们的这种性质依然存在。理论上认为量子纠缠距离可以达到任意远，最诡异的就是，根据不确定性原理，测量粒子会让粒子运动发生改变，这种改变会瞬间传递到任意距离纠缠着的粒子，让其运动同时改变。
　　如A和B一对纠缠着的粒子，它们的纠缠状态是一个为左旋，一个为右旋，把它们分开放在距离很远的两地，只要测量A粒子，其运动发生改变成为右旋，那个在远方B粒子一定会变为左旋；而测量B粒子，则A粒子同样会发生改变。
　　我国2016年发射的墨子号量子科学实验卫星，证实了处于纠缠态的两个光子，分开1200km距离后依然保持这种性质。2019年7月12日，英国格拉斯哥大学的科学家们，首次拍摄到量子纠缠的照片（上图），这项成果以《贝尔非局域相互作用的成像》论文发表在《科学进展》学术期刊上。
　　怎么理解量子纠缠？
　　量子纠缠的＂诡秘＂特性让人们产生了许多猜测，甚至引起了一些神鬼玄学迷信群体的兴奋，认为最微小的粒子都有意识，所以才会有超距作用。但主流科学界认为，量子纠缠就是粒子世界的固有特性，是一种客观存在，并非有什么意识。
　　科学界现在对量子纠缠这种现象的机理还没有弄清，但主流理论认为，量子纠缠至少有三个基本特征：一是这种现象只存在于量子世界，不会在宏观世界出现；二是量子纠缠不传递能量和信息，因此不违背光速藩篱；三是超距作用无限远永远也无法证实。
　　如何理解量子纠缠现象只出现在量子世界？就是在宏观世界从来也没有这种现象，遵循的是经典物理学理论，包括爱因斯坦相对论和牛顿力学等。这也说明利用这个理论实现超距传输是不可能的。在一些科幻作品和一些人想象中，老幻想着利用量子纠缠这种特点，将一只猫或者一个人或者一艘飞船，瞬时传递到光年以外，这些都不属于量子纠缠理论范畴。
　　那么既然量子纠缠具有超距作用，为什么不携带信息和能量呢？这里我们可以用一个更通俗的比喻来理解：有两姐妹分居两地，姐姐生了一个孩子，妹妹自然升级为小姨了，这种变化是瞬间的，不管她们距离多远，也不管她们愿不愿意，都会自然地发生这种变化。
　　但妹妹在接到传递的信息前，并不知道发生了这种变化，而姐姐把这个信息传递给姐姐，就要使用宏观信息传递手段了，传递最快的速度就是光速，打个电话，电磁波就传给了妹妹了。
　　为什么无法验证量子纠缠超距作用无限远呢？这是因为人类永远也无法将一个被纠缠着的粒子传送到无限远，现在人类的飞行器连1光年半径的太阳系都出不了，何况无限远？比如前面说的那姐妹分开的问题，她们就像需要分开纠缠着的两个粒子，要分开多远，就要用宏观的方式移动，无论是坐火车还是坐飞机做宇宙飞船，把姐姐或者妹妹送到无限远是做不到的，即便光速也做不到。
　　因此量子纠缠传播无限远，理论上可以做到，因为两姐妹不管分开多远，姐姐生了孩子，妹妹都会自动升级，但在实践中永远无法证实。
　　这种比喻不够严谨准确，只是为了帮助大家通俗理解量子纠缠虽然有超距作用，但并不传递信息和能量。不当之处，欢迎纠正和拍砖。
　　量子通讯不是用量子纠缠速度通讯。
　　现在量子通讯常常被一些人误认为信息传输比光速还快，可以做到无延时通讯，这种理解是错误的。现在潘建伟等科学家正在研究的量子通讯，主要是通过量子纠缠分发和隐形传输，利用量子不确定性原理、波函数坍塌原理等，让通讯更快、更保密而已。
　　这个传输速度更快不是传播速度超过光速这种速度，而是每秒钟传输的数据量更大，如每秒可传递5G流量；保密是指密匙不可克隆，且通讯不可监听。
　　因此，从量子纠缠的这些基本特性，我们可以了解到，量子是没有什么意识可言的，未来也不可能通过这个理论来实现超距即时能量和信息的传输，更不可能实现任何物体或人类的瞬时转移。但随着人们对量子力学研究的深入，对这个世界的本质认识会越来越深刻，从而推动整个人类文明的进程。
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　　量子纠缠是微观粒子间的一种特殊物理现象，已经被实验观测所证实。很多人不能接受量子纠缠，其实有以下几个原因：
　　一、量子纠缠这个名字起得不好
　　这个名字不能真正表达这个微观粒子之间现象的本质。纠缠一词，弄得好像粒子之间会有意识，有感应一样。不明白，当初物理学家为什么要给这个现象起了这么个名字。
　　二、量子力学小白
　　这就没什么可说的了，对量子力学完全不懂的人，而量子力学又没有经典的经验可以与之相对应，我们怎么解释也都是没有用的。
　　三、科普人的＂误导＂
　　其实这也是无心之过。科普本身就是为了要用通俗的语言把一件不好理解的事情说明白，而科学是严谨的，需要用数学语言进行精确描述。这样科普为了能让吃瓜群众好理解，必然失去科学的严谨性。那么究竟什么是量子纠缠呢？
　　首先我们需要了解什么是量子。
　　那些普朗克常数能发挥明显作用的现象叫做量子现象，这些具有量子现象的微观粒子都可以看作是量子。所以量子不是某种粒子的称呼，而是具有量子现象的微观粒子的统称。
　　其次我们需要明白，微观粒子具有波粒二象性。
　　这个性质毫无疑问已经被大量的实验观测所证实。微观粒子跟我们宏观经验世界的物质不同，它们既是物质又是波，不是我们看到过的任何东西。
　　第三，全同粒子。
　　这是量子力学里面对同一类粒子的定义，比如所有的电子是全同粒子；所有的中子是全同粒子；所有的质子是全同粒子。
　　第四，全同粒子有一个特性叫做叠加态原理。 什么意思呢，就是说，微观粒子我们不能把它们看作质点，它们的状态只能用波函数来描述。两个粒子的波函数是可以叠加的，道理就跟声波水波的叠加是一样的。
　　当两个全同粒子形成叠加态的时候，我们无法区分它们是哪个粒子。这个特性也来自波粒二象性。所谓的量子纠缠就是形成叠加态的两个全同粒子的状态。
　　由于波函数可以覆盖很广的区域，也就是说，即使距离几十公里，甚至是几光年以外，两个全同粒子也是有可能进入叠加态的。
　　就简单写到这里吧，由于不是写教程所以没有使用任何公式，难免也不够严谨，但是作为科普应该是够了。您需要记住一点，量子纠缠的关键点不是什么有意识参与，而是叠加态原理 。
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　　目前在现在科学界，不只是量子为什么纠缠以及纠缠的本质没有搞清楚，就连量子的定义也是很模糊的、模棱两可的。
　　什么是量子？管科是这样定义的：一个物理量如果有最小的单元且不可连续的分割，就说这个物理量是量子化的，并把最小的单元称为量子。
　　那么，什么是量子化的呢？又是这样定义的：＂量子化＂指其物理量的数值会是一些特定的数值，而不是任意值或连续值。
　　所以，现在有关量子的研究都是在利用形象思维，从现实入手进行研究。现在各国的研究都还处在现象统计、归纳、总结阶段，要想真正揭露量子的本质还有一个相当长的过程。
　　因此，要真正揭露量子纠缠的原因、以及量子纠缠的本质，就需要更长的时间才能实现。
　　但是，根据笔者的推测，量子既然是不连续的＂最小单元＂，那么它就应该是处在物质与能量的临界点上。根据其所处的自然状态不同，时而呈现物质特征，时而有呈现能量特征。
　　所以，量子纠缠就是一对量子通过能量的束缚或者叫沟通而进行的物质或信息联系。
　　因此，量子纠缠的本质就是物质与能量之间的相互制约或者叫牵制。
　　量子纠缠
　　外文（quantum entanglement），中文量子纠缠，是一种量子力学现象。提出者：爱因斯坦、波多尔斯基、罗森塔尔。提出时间：1935年
　　定义：
　　量子纠缠是关于量子力学理论最著名的预测。在两个粒子互相纠纏时，即使相距遥远，一个粒子的行为会影响另一个的状态，当其中一颗在测量操作状态中发生变化，另一颗同时即刻会发生相应的状态变化。宇宙是一个整体的能量惯性体系包括实在的粒子和空间，由于能量惯性的存在，整个能量体系时刻按一定能量运动规律运行，每个粒子作为宇宙能量的一分子，它本身的惯性状态和宇宙环境保持一致能量的稳定性，电磁波始终存在着互相作用。当两物质粒子同时处于某一状态（基态或能量控制编码态）时，相互作用中产生了电磁能量惯性互动及量子纠缠现象。因此物质具有能量，而人类在物质相互的作用中获取并得以利用。
　　量子为什么会纠缠
　　量子纠缠是量子世界一种令人惊奇的现象。两个粒子的外部信息是共同的，一个纠缠量子动了，另外一个纠缠粒子便会互动。它们的内外部信息是一体的，永远没有距离，彼此不分。量子纠缠是一个内外信息的问题，小粒子可以纠缠，大粒子也可纠缠。两个纠缠的粒子信息是一样的。如果来了一个新粒子和其中的一个发生纠缠，就必须信息同化，必须一样。自然多余的信息就给了那落单的粒子了。在外来粒子取代原有粒子的同时，在外部信息改变中，粒子内部信息同时发生改变。
　　量子纠缠告诉我们，时间和空间是可以消失的，所以才有时空扭曲。两个粒子外部信息可以传播万里、十万里、十万光年、亿万光年。速度越快，越接近极限，时间就会越慢，宇宙中还有我们看不见甚至无法探测的能量和信息。世界从虚无而来，大爆炸理论表明宇宙起源于虚无真空，也即量子空间。
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　　整理~莲苑歌舞
　　看了很多评论，都没说到点子上，其实博大精深的中国古老文明早已解释清楚了，所谓量子纠缠，其实就是阴阳相吸相克平衡理论，古人用阴阳鱼来表示，两个鱼眼就是两个量子，两个量子被限制在一个空间内互相转化，最后构成了一个圆，这个圆就是这两个量子的宇宙，只属于这两个量子，在这个宇宙中只要一个量子发生了变化，另一个必定发生变化，阴盛阳衰，阳盛阴衰，因为要填满这个圆，这个圆就是量子纠缠必须尊守的规律。其实量子纠缠（更应该叫阴阳理论）存在于万事万物，比如好坏就是相互纠缠的，什么是好？必须找到坏为标准，如果你不知道什么是坏，也就不知道什么是好，两者必须同时存在，而且会相互转化，因为当发现坏并不那么坏的时候，好也就不再那么好了，这两件事就是一种纠缠状态；再比如美丑、善恶、高低、大小……如果单说一件事物或东西，你根本无法定义评判标准，说到底两个量子其实并不是两个独立的个体，而是一件事物的两面性，有阴必有阳，有阳必有阴，一阴一阳谓之纠缠。
　　作为粒子物理爱好者，本人从侧面来给大家解释一下有关量子科学的一些知识以及量子科学的一些现状。
　　简单直白的说，粒子物理的发展是从近代开始的，无论深度还是宽度都比较有限。 粒子物理大体来说比较忌讳打破砂锅问到底，不是不能问而是三句话必见底！什么底？ 已知的边缘！知识的底部！
　　啰嗦一大堆咱们言归正传，简单说说量子理论发展到了什么地步。自从量子被发现到现在，经历了一大批科学家的努力（波尔 爱因斯坦 薛定谔 反正一大堆 有兴趣的可以去自己百），从量子发现到波粒二象性，再到量子叠加，然后量子纠缠，关于量子纠缠至今也就刚刚研究到这里， 为什么纠缠？ 没有人知道！ 对，唯象理论范畴！真没人知道！ （没人知道也算答案吗？当然！） 甚至 关于量子纠缠的一些特征也都属于唯象理论范畴的。
　　至于有人闲扯平行宇宙，又扯能量惯性，全扯！假的！
　　当然文章的最后敝人也闲扯两句，粒子物理从描述电磁场开始就陷入一场无奈:所有的解释必须为人类的感觉器官和抽象思维能力服务，而人类的感知和抽象思维能力是有巨大的bug的，不要说量子纠缠或是引力波，就算是司空见惯的电磁场的解释，严格的来说也是＂不靠谱＂的。  不过总的来说，人类在彻底研究透其原理之前，先学会了应用，这对目前人类发展来说已经足够了～
　　以传统物理理论解释不了量子纠缠现象，或者说量子作用的＂非局域性＂。在这里只能简要说明。
　　这一现象发生在1982年法国科学家阿斯派克特实际进行的爱因斯坦的EPR思想实验中。爱因斯坦和玻尔关于量子论中量子特性应怎样表述的长期争论，由于这个实验而结束，玻尔的哥本哈根解释占了上风。通过激发钙原子产生一对向相反方向运动的光子，当测量其中一个光子时，相距15米另一个装置中的光子立刻发生偏振。光子的作用並不是爱因斯坦所想应是局域性的，而表现为非局域性的，现在称为量子纠缠，为什么？必须有一个更基本的新概念物质形态，和从分析粒子反应式得到的新物质结构理论，才能解释。
　　什么是物质形态？就是粒子自旋，原子结构和星系结构共同的陀螺形态。为什么物质从小到大都是同样的形态？大自然必定存在一个共同的规律。这个基本、简单的形态结构对物理非常重要。物理难题从它来思考就变得简单协调统一了。物质形态结合新的物质结构规律，我们知道轻子中的光子电子都是两个中微子构成的（中微子有三代，大小不同）。其内结构应是双星环绕的形式。而大粒子和构成所有元素的质子和中子，其内结构都是电子为核心，中微子围绕电子旋转。原子核外层有分层排列的负电子，负电子也有反电子中微子围绕。因此，所有粒子、原子的作用首先是中微子场的作用。
　　这就好理解了，光子是一正一反两个中微子的组合（实验中光子通过等离子体时，离解成一对正反中微子），在激发钙原子，通过中微子结合产生两个光子时，中微子也被激发了，中微子场的联系在测量光子之前就巳经建立了。当测量其中一个时，另一个就必定同步有反应。而光子的作用仍然是局域性的，也没有超光速。任何物质之间的作用，仍存在有效作用距离，其场粒子能接触上才能有作用。並不存在在宇宙这头测一个电子，宇宙那一头的一个电子立刻就会有反应，这种超距离超光速是不存在的。而因激发同时产生的光子因联系已建立，它们的作用距离可以很远；不是因激发同时产生的光子之间，在有效作用距离之内才会有作用。
　　这告诉我们，物质的本质是简单的、质朴的，並不复杂，更不诡秘。
　　在低维世界看，量子纠缠不可思议，但实际上声音有音障，光也有光障。突破了音障，你将听不到发动机轰鸣，突破了光障，你将来到另外一个维度。当然，这需要超光速，但是超越光速就实现了量子跃迁，进入高维度世界。低维度观察纠缠态量子，将其分开很远，也会产生所谓的超距作用，那是因为在高维度，纠缠的量子根本就没有分开过，二者紧紧聚在一起，动一个另外一个就会立即受到影响。也就是说，在低维度空间，把量子分开很远，只是低维空间的动作，量子同时处于高维空间，高维属性不会变化。扩展说一下，如果你处于高维空间，把纠缠的量子分开，那么在低维空间比如我们现在的世界，就会看到瞬间转移。这也是未来我们人类所要采取的星际穿越方式。好了，不说了，编不下去了。
　　量子纠缠其实是一个很脆弱的联系。
　　首先，为什么会有量子纠缠？这个是因为，如果有两个粒子，它们一起诞生，那么作为一个整体，他们两个的整体的波函数可以描述它们作为整体的行为。但是，作为个体，它们又有各自的波函数，于是，这就产生了纠缠。我给你打一个比方，比如一男一女，当这男女组成家庭的时候，在外部交往过程中，这个家庭就是一个单元——比如说夫妻两去参加婚宴，可以只拿出去一个红包，收红包的人都会明白这就是这两口子给的钱。比方说吧，这两口子给了2000元的红包。但是呢？这2000元怎么来的？可能是女方出了1300，男方出了700。这个时候，对夫妻两个人来说，情况就是纠缠的，男方会觉得自己至少欠了女方300——当然因为是两口子，这个事情说不太清楚，所以，这就是纠缠。
　　其次，为什么量子纠缠在很远的地方都有效？这个是因为，量子纠缠建立的波函数它并不是两个粒子距离的函数，而是两个粒子的动量或者自旋的函数。所以，量子纠缠本质上与粒子之间的距离无关。比如函数f（x）=3x+1，你说f（x）为什么跟y无关？那我的回答是：f（x）本来就与y无关啊。当然，目前有一个新理论，认为量子纠缠的建立背后是通过虫洞联系起来的，而虫洞连接的两个空间点的相互之间的距离是可以非常遥远的。无论怎么样，量子纠缠虽然在长距离上有效，但本质上这个纠缠非常脆弱，刮风下雨甚至气温稍微升高一点点这个纠缠就会被破坏。
　　施郁（复旦大学物理学系教授）
　　量子纠缠的产生有几种途径。
　　最基本的方式是，原来不纠缠的两个系统之间在一段时间内发生了相互作用，从而纠缠在一起。
　　量子系统的量子态是要演化的。怎么演化呢？是由它的哈密顿决定，决定的方式由由薛定谔方程描述。哈密顿就是能量函数。在量子力学里，它是一个作用在量子态上的算符。哈密顿作用在量子态上给出量子态随时间的变化速率。随着时间的积累就是在这段时间里量子态的改变。
　　相互作用是同时作用在两个子系统上的能量函数。如果两个子系统之间本来没有纠缠，也就是说本来是独立的。如果它们之间又没有相互作用，那么它们各自的量子态在各自的哈密顿作用下分别独立演化，结果保持不纠缠。
　　如果它们之间有相互作用，那么必须看成一个整体，因为相互作用同时作用于两者。在此作用下，它们的量子态就会纠缠起来。
　　如果它们之间所纠缠的内部自由度与空间自由度无关，那么将它们分离到相距很远，也不会影响内部自由度的量子态，也就是不影响它们之间的量子纠缠。 这样就实现了相距很远的系统之间的纠缠。
　　还可以通过间接的办法实现纠缠。比如原来A和B纠缠，C和D纠缠。B距离A可以很远，D距离C也可以很远。如果B和D发生相互作用，而按照上文所说的途径纠缠起来，即使A和C距离很远，它们也会纠缠起来。本质上这和上面的途径还是一回事，只是需要将原本纠缠的系统，比如A和B、C和D，看成一个整体。