量子力学，这个统治原子和粒子微观世界的理论，当然有X因素。
与物理学的许多其他领域不同，它是奇异和反直觉的，这使得它令人眼花缭乱和有趣。
2022年诺贝尔物理学奖颁发时授予阿兰·阿斯佩克特 (Alain Aspect)、约翰·克劳瑟 (John Clauser) 和安东·泽林格 (Anton Zeilinger)用于阐明量子力学的研究，引发了兴奋和讨论。
但由于一些长期存在的神话和误解，有关量子力学的争论——无论是在聊天论坛、媒体还是科幻小说中——往往会变得混乱。这里有四个。
1. 猫可以是死的，也可以是活的
埃尔文·薛定谔可能永远无法预测到他的思想实验，薛定谔的猫，会达到互联网模因状态在21世纪。
它表明，一只不幸的猫科动物被困在一个带有由随机量子事件（例如放射性衰变）触发的死亡开关的盒子里，只要我们不打开盒子进行检查，它就可能同时活着和死亡。
我们很早就知道量子粒子可以同时处于两种状态——例如在两个位置。我们称之为叠加。
科学家们已经在著名的双缝实验中证明了这一点，其中单个量子粒子（例如光子或电子）可以同时穿过墙壁上的两个不同的缝。我们怎么知道这一点？
在量子物理学中，每个粒子的状态也是一种波。但是，当我们将光子流一个接一个地发送通过狭缝时，它会在狭缝后面的屏幕上形成两个波相互干扰的图案。
由于每个光子在穿过狭缝时没有任何其他光子可以干扰，这意味着它必须同时穿过两个狭缝——干扰自身（下图）。
然而，要实现这一点，穿过两个狭缝的粒子的叠加态（波）必须是“相干“——彼此之间有明确的关系。
这些叠加实验可以用不断增加的尺寸和复杂性的物体来完成。
一著名实验Anton Zeilinger 于 1999 年证明了大分子的量子叠加碳60被称为“巴基球”。
那么这对我们可怜的猫意味着什么呢？难道只要不打开盒子就真的是生是死吗？
显然，猫与受控实验室环境中的单个光子完全不同，它更大、更复杂。
组成猫的数万亿个原子之间可能存在的任何一致性都是极其短暂的。
这并不意味着量子相干性在生物系统中是不可能的，只是它通常不适用于猫或人类等大型生物。
2. 简单的类比可以解释纠缠
是一种连接两个不同粒子的量子特性，因此如果你测量一个粒子，你就会自动立即知道另一个粒子的状态——无论它们相距多远。
对其的常见解释通常涉及日常物品来自我们经典的宏观世界，例如骰子、卡片，甚至一双奇怪颜色的袜子。
例如，假设您告诉朋友您已将一张蓝色卡片放入一个信封中，将一张橙色卡片放入另一个信封中。如果您的朋友拿走并打开其中一个信封并发现蓝色卡片，他们就会知道您有橙色卡片。
但要理解量子力学，您必须想象信封内的两张卡片处于联合叠加状态，这意味着它们同时是橙色和蓝色（特别是橙色/蓝色和蓝色/橙色）。
打开一个信封会显示一种随机确定的颜色。但打开第二张卡仍然总是显示相反的颜色，因为它“幽灵般”地链接到第一张卡。
人们可以强制卡片以一组不同的颜色显示，类似于进行另一种类型的测量。我们可以打开一个信封，问这样的问题：“你是绿卡还是红卡？”。
答案又是随机的：绿色或红色。但至关重要的是，如果卡片纠缠在一起，当被问到同样的问题时，另一张卡片仍然会产生相反的结果。
阿尔伯特·爱因斯坦试图用经典直觉来解释这一点，他认为这些卡片可能带有一个隐藏的内部指令集它告诉他们在给出某个问题时要以什么颜色出现。
他还拒绝了卡片之间明显的“幽灵”行为，这种行为似乎使它们能够立即相互影响，这意味着通信速度超过光速，这是爱因斯坦理论所禁止的。
然而，爱因斯坦的解释随后被否定了。贝尔定理（物理学家约翰·斯图尔特·贝尔创建的理论测试）和 2022 年诺贝尔奖获得者的实验。测量一张纠缠卡会改变另一张卡的状态的想法是不正确的。
量子粒子只是以一种我们无法用日常逻辑或语言描述的方式神秘地关联起来——它们不会像爱因斯坦所认为的那样，在包含隐藏代码的同时进行交流。
因此，当您考虑纠缠时，请忘记日常物品。
3. 自然是不真实的和“非本地的”
人们常说贝尔定理证明自然不是“局部的”，物体不仅仅直接受到其周围环境的影响。另一种常见的解释是，它意味着量子物体的属性不是“真实的”，它们在测量之前并不存在。
但贝尔定理只允许我们说量子物理学意味着如果我们同时假设一些其他事情，自然就不是真实的和局部的。
这些假设包括这样的想法：测量结果只有一个（而不是多个，也许在平行世界中），因果关系随时间向前流动，并且我们并不生活在一个“发条宇宙”中，在这个宇宙中，一切从创世之初就已经被预先确定。
尽管有贝尔定理，自然很可能是真实的、局部的，如果你允许破坏其他一些东西我们考虑常识，例如时间的推移。进一步的研究有望缩小量子力学的大量潜在解释范围。
然而，摆在桌面上的大多数选择——例如时间倒流，或者缺乏自由意志——至少与放弃当地现实的概念一样荒谬。
一个经典名言（归因于物理学家理查德·费曼，但以这种形式也可以解释尼尔斯·玻尔）推测：“如果你认为你理解了量子力学，那么你就没有理解它。”
这种观点在公众中广泛持有。量子物理学被认为是不可能理解的，包括物理学家。但从 21 世纪的角度来看，量子物理对于科学家来说在数学上和概念上都不是特别困难。
我们对它了解得非常透彻，以至于我们可以高精度地预测量子现象，模拟高度复杂的量子系统，甚至开始建造量子计算机。
当用量子信息的语言来解释叠加和纠缠时，只需要高中数学即可。贝尔定理根本不需要任何量子物理学。它可以使用概率论和线性代数在几行中导出。
也许真正的困难在于如何协调量子物理学与我们的直觉现实。没有所有答案并不会阻止我们在量子技术方面取得进一步进展。我们可以简单地只是闭嘴计算。
对于人类来说幸运的是，诺贝尔奖得主阿斯佩克特、克劳瑟和蔡林格拒绝闭嘴，并不断追问原因。像他们这样的其他人有一天可能会帮助调和量子怪异与我们的现实体验。
亚历山德罗·费德里奇，物理学教授，赫瑞瓦特大学和梅胡尔·马利克，物理学教授，赫瑞瓦特大学
