规律与闹鬼

文/图 大可

规律与闹鬼

文/图 大可

还记得去年第四期上《“反常”的世界》里讲过的有趣故事吗？

是的，我们讲了神秘莫测的量子世界。

量子神秘到什么地步？

连看（观察）也不能看一眼，一看它就变了位置！

一看了其中的一个，另一个与它有纠缠关系的，哪怕远隔千山万水、天上地下，也会受到影响，也会发生改变！

墨家逻辑

天上地下？

对，不是形容词，是事实！

2016年8月16日凌晨，“长征二号”火箭把中国第一颗，也是世界第一颗量子科学实验卫星“墨子号”送到了太空。它有很多任务，其中一项，就是建立地面与空间的链接，这不就是远隔天上地下吗？

命名为“墨子号”，是对中国著名的思想家、教育家、科学家、军事家，墨家学派创始人墨子的致敬。

中国古代名著《墨子》中，记录了墨子的科研成果，涉及力学、光学、几何学、工程技术知识、现代物理学、数学……哈哈，有很多我们还没有接触过呢，是吗？

比如，墨子和他的学生做了世界上最早的“小孔成像”实验：在一间黑暗的小屋朝阳的墙上开一个小孔，人对着小孔站在屋外，屋里相对的墙上就出现了一个倒立的人影。为什么会发生这样奇怪的现象呢？《墨经》（《墨子》的一部分）中写道：“景光之人煦若射,下者之入也高,高者之入也下。”意思是：光线穿过小孔像射箭一样，是直线行进的。人的头部遮住了上面的光，成影在下边；人的足部遮住了下面的光，成影在上边，就形成了倒立的影。这是对“光线是沿直线传播”第一次的科学解释。《墨经》里提出的光影关系、小孔成像等“光学八条”，奠定了如今光通信、量子通信的基础。

墨子的墨家逻辑是全球三大古老逻辑体系之一，而逻辑体系是科学的基础。

因为研究“逻辑”就是研究规律呀。

“一次性”密码

远隔千山万水、天上地下也会受到影响的量子纠缠，被伟大的爱因斯坦嘲笑为“远距离闹鬼”——他是不相信量子纠缠这个事儿的。可是，地面上的实验已经成功了，你看过《“反常”的世界》就知道了。

“墨子号”上天是为了看看相隔天上地下，量子会怎么表现。

天上地下建立起联系的一个任务，是为了首次完成卫星和地面之间的量子通信。

在战争年代，为了不被敌人破译，通信会设置密码，只有掌握密码的人能读懂内容。

编写密码有“替换法”：比如先把每个字变成代码。这得用一本已经成型的代码本，比如中文电码本之类。否则你自己另编一本代码，不仅花时间，还得印制好多本给需要的人，不利于保密。在中文电码本上，“儿”的代码是“0334”、“童”的代码是“4547”、“时”是2514、“代”是0108……你问，这还有什么保密可言？别着急，“替代法”来了：0到9十个数字互相替换，假设“1”替换成“9”，“9”替换成“3”……让自己人掌握替换规律，就能顺利读出内容。

此外还有“图形法”等等。

有密码就有破译专家，“替换法”、“图形法”等在他们眼里太“小儿科”。后来发明了“恩尼格玛”密码机，依靠机器的运转，把简单的替换法变成了复杂的替换系统，能变换出以“千万亿亿”计数的密文字母。可是没高兴多久，图灵发明了计算机，成功破译了恩尼格玛密码情报。

看来，机器加密也不可靠。

如果运用量子世界规则来加密呢？在量子世界，窃取密码的人在“偷看”（观察）时，都会使它发生更动，也就会被密码主人察觉。

而且，以前的密码无论怎么设计，都要事先商量好规律，一旦规律被破译，或者记录规律的密码本失窃，或者被懂密码的人出卖，再复杂的设计也是白搭。

而量子通信的密码不是事先规定死的，是在通信的时候随机产生的。密码发给信息发、收双方。发送、接受的方式，以及确定是不是被窃取，都利用了量子的特性，比较复杂，先不介绍了。但“一次性”密码的安全性，密码本是怎么也赶不上的。

是否闹鬼

即使各种实验都在证实，确实有“远距离闹鬼”这回事，但人们对这种现象还是有许多地方觉得不可思议。为了对爱因斯坦的嘲笑“负责”，各种测试方法不断涌现。“墨子号”上天后也没有停止，而且人们越发小心，实验手段似乎显示出很不自信的模样。比如，去年的一次实验，居然邀请全世界的人来参与，因为科学家怕是真的有“作弊闹鬼”的事儿。

我们说过，量子一观察就会起变化，那么，其中是否有一个“通风报信者”，在提醒量子们注意：有人观察，赶快变成被观察到的模样？甚至是量子们会“互相提醒”呢？

量子纠缠似乎也证明了这个问题，为什么观察了其中的一个，另一个与它有纠缠关系的，哪怕远隔千山万水、天上地下，也会受到影响，也会发生改变，它们之间“通风报信”的速度，连我们现在认为最快的光速也比不上！

实验邀请全世界的人帮忙，至少要30000个人。从全世界邀请，被邀请的人众多，是想让人们“互相不搭界”，把“作弊”的可能性降到不可能吧？

做法是把一对纠缠粒子分隔两地，让不同的观测者，同时对两个粒子进行独立观测，具体观测方法必须由随机选择而定。“随机”，就像量子通信密码那样，让任何人没有事先准备的条件，一切为了让纠缠的量子没有提前串通的机会。

而且不是观测一对“纠缠”，而是大量的“纠缠”，用这样的方法，来排除实验结果的偶然性。

其实，这样的实验已经有过多次，每次都说：爱因斯坦，你别不信，量子世界的现象，真有其事！

但是，以前选择的“随机”方法，真的是随“机”——是“随机数发生器”做的选择。小心翼翼的科学家想：随机数发生器是机器，机器都是严格按照规则来运转的，这样的“随机”，不就像密码本那样，其实是有规律的？这不是给了量子们“串通”的机会了吗？

于是，科学家们决定让“人海”来选择不同的观测方法，他们设计了通道，让人们来参与。

困惑的人类

可是，还有科学家在嘀咕：人是靠自己的想法在选择，人的想法——意识，会不会也有量子纠缠的现象，以致影响到“随机”性呢？

因为科学家认为，人的大脑有直觉，直觉只能在量子系统才能够产生。计算机、机器人都是靠逻辑运算，所以不能产生直觉。

那么，这次实验，人的直觉是否会不知不觉地成为“通风报信者”？实验结果能不能正确地回复爱因斯坦？

量子啊，你把人类弄得太困惑了！