二、从爱因斯坦的原始EPR效应看无用之学郭光灿院士在第七章“无用之学”开头就说：实用主义者可能忍不住要问：量子纠缠现象的“纠缠”究竟有什么用？如果纠缠只是一团缠结的线绳，那么它不仅没有用处，人们还要费力把它解开。虽然郭光灿院士在《爱因斯坦的幽灵》一书说了从量子密码到完全保密的量子通信，从量子计算机到未来的量子互联网，量子纠缠都将大显身手，有大用处。但在彭罗斯的《通往实在之路》一书435页上仍然说，他还说不清楚量子纠缠思想能够应用到什么程度。是的，纠缠不等于共轭，共轭不等于缠结，缠结不等于幽灵，幽灵不等于超光速，超光速不等于实数超光速，实数超光速不等于虚数超光速。量子隐形传输态到底能够应用到什么程度？从量子密码到完全保密的量子通信，从量子计算机到未来的量子互联网，还远远不够，它的底线也是还涉及未来低碳能源等类似量子色动化学一类的应用。李侠教授说，被收买的科学已经不是科学。这种所谓的科学只能是一种垃圾科学（junk science）。也许有人把自己看不懂的前沿高端弦膜圈说科研，也看成垃圾。但李侠教授说的不是看不懂的前沿高端科研，他说的被收买的科学，实际上也就是被收买的“科学解释”。对于区分看不懂的前沿高端科研和被收买的科学，钱永健教授说：“我在美国出生、成长，虽然有中国血统，但也是一位美国科学家。中国的唐朝之所以强盛，主要是因为能够包容不同的文化，不局限于中国本土文化。举世闻名的德国科学家爱因斯坦也是到美国从事研究工作之后，才获得名声与肯定，古今中外，有许多华裔科学家在西方取得科学成就。学术研究无国界之分，不需要拘泥于血统。”在《爱因斯坦的幽灵》一书167页上，郭光灿院士又说到另一种标准：“爱因斯坦的思想中还存在很多经典偏见。正如爱因斯坦自己所言，他不是一个革命者”。 在我国，爱因斯坦多年来被很多人看成是被资产阶级收买的科学家，他们最痛恨爱因斯坦反对革命者把虚数超光速当成实数超光速而主张少用超光速，这也被自称唯物论者的看成偏见。真是啼笑皆非。所以，科学的不同的文化包容，只用革命者和不是革命者的头衔，来评判自然科学的正误，是极其平庸的。爱因斯坦自言不是一个革命者，自有苦楚。从《伟大的超越》一书描述爱因斯坦一开始对前沿高端弦膜圈说科研的态度上看，爱因斯坦还是想做个革命者。因为革命者是不相信鬼神的，而鬼神、鬼魂、神灵一类是反唯物论的属于超自然现象，而当时的唯物论的科学认为，自然现象是仅存在四维时空中间的，超出四维时空的自然科学理论，只能为超自然现象留下可钻的空子。所以1919年，当无名小人物卡鲁扎以柱面条件和增添第五维，统一了爱因斯坦广义义相对论和麦克斯韦电磁场方程，其论文交到了爱因斯坦的手里。爱因斯坦立马担心，卡鲁扎开启的当代西方弦膜圈说的先河，会为鬼神、鬼魂、神灵一类反唯物论的超自然现象留下可钻的空子。因此，爱因斯坦不想推荐发表卡鲁扎的论文。但爱因斯坦不是被某个哲学就能收买的科学家。爱因斯坦有过刻骨铭心的经历，那是1904年，庞加莱提出庞加莱猜想，奠定了当代前沿科学弦膜圈说的数学基础的形式体系。即正猜想的收缩或扩散，涉及点、线、平面和球面；逆猜想的收缩或扩散，涉及圈线、管子和环面；外猜想的空心圆球内外表面及翻转，涉及正、反膜面、和点内、外时空。这是传统科学的结束，革命科学的开始，因为以“乌托子球”为最高理想的原子论（量子论）模型解读遍历科学的波尔兹曼，在同一“战壕”里长期争论的苦闷中的自杀，给革命和科学的分化与合作都留下了悬念。原因是，波尔兹曼的乌托子球量子论，被同一“战壕”里的一批知名的唯物论革命战友，误认为是没有实验基础的科学假说。而就在波尔兹曼自杀后的第二年，爱因斯坦就帮助波尔兹曼找到了科学实验证据。然而最冤的还有波尔兹曼的朋友庞加莱，因为在另一批知名的唯物论革命战友支持波尔兹曼的声讨中，庞加莱也被不加区别地当作了20世纪的“坏人”。原因是庞加莱从拓扑几何学的同伦论、同调论、同胚论、同构论出发，认为唯物论革命的基础科学假说除同伦论、同调论、同胚论、同构论的“乌托子球”外，还应有不同伦论、不同调论、不同胚论、不同构论的“乌托子环”。但科学和革命说到底已经都成为一种强大的社会集团，庞加莱好心帮助朋友波尔兹曼，却被这类强大的社会集团当作了反波尔兹曼。庞加莱两头受气，使年轻的爱因斯坦增长了见识，也埋下了心计的阴影。爱因斯坦20世纪一生中都在这种“心计”的阴影中艰难度日，最能说明此点的就是1935年爱因斯坦和波多尔斯基、罗森提出的量子幽灵EPR现象。最理解波尔兹曼和庞加莱、也最理解革命者和不是革命者头衔的爱因斯坦，在“心计”和“良心”的科学天平上，还是在两年后选择了推荐发表了卡鲁扎的论文，算是支持了庞加莱。然而还有一笔“债”：爱因斯坦又拒绝了列宁邀请他到前苏联工作的盛情。一心想做革命者的爱因斯坦，说自己不是一个革命者，他在量子幽灵EPR现象上就是在还这个“情”。本来早在1905年的科学起跑时，爱因斯坦支持波尔兹曼，支持列宁，而且还在他的狭义相对论中，就用像今天从额外维科学理论中剔除鬼神、鬼魂、神灵一类反唯物论的超自然现象一样，爱因斯坦果断地把他狭义相对论方程存在的虚数超光速解，剔除出去了。坚持这一唯物论的光荣传统，革命意志又开始坚定起来的爱因斯坦，1935年在与玻尔的争论中，表现得淋沥尽致，因为爱因斯坦正实际是用虚数或实数超光速两难，威胁玻尔。即如果玻尔赞成有虚数超光速，他就反对当时的唯物论；如果玻尔赞成有实数超光速，他就反对当时的相对论。实际爱因斯坦这个最早支持弦膜圈说的伟大科学家，是在弦和圈的美丽中迷失了方向。因为单从1935年的量子幽灵EPR现象的难题上看，其实不用虚或实超光速解释，用弦膜圈说的自旋也能说清楚。我们来分析：1935年爱因斯坦、玻多尔斯基和罗森设计了一个思想实验，人称EPR效应：假定粒子分裂为两个相同的部分A和B，它们向相反的方向飞开，具有等值的反向的动量，并离原位的距离时刻相等。由于测不准原理，同时知道A（或B）的位置和动量是不可能的，但由于动量守恒，测量B的动量即可导出A的动量；而测量B的位置也就知道了A的位置。因而，按照在B处的观察者的选择，A必定有一个真的动量和真的位置。如果A、B已分非常之远，对B的测量就不可能立即影响A；因为物理信号或影响不可能比光快，故在光到达之前A不可能知道对B实行了测量。爱因斯坦等人断言，这种比光速还快的瞬时交往是不可能（也不应当）发生的。但到1965年，贝尔研究了对两粒子同时测量的各种结果之间可能存在的各种相关性，他用数学不等式的形式表达了寻找到的这类测量结果相关程度的理论限制。贝尔认为，可以想象存在着一个参照系，其中的事物速度比光快。实际上，在EPR实验中包含着，景象的背后有某种东西比光的行进更快。要理解这段话，莫过于把EPR效应称为缠结效应。那么是否可以利用缠结效应使信息的传输速度大于光速呢？由于量子法则的限制，对光子的每次局域测量在孤立地考虑时，产生的结果是完全随机的，因此不能携带来自远处的信息，研究人员从中得知的仅仅是根据远处测量的物体了解那里测量结果的概率是多少。各种超光速实验的情况证实了这一点。例如20世纪90年代超光速的实验此起彼伏，1993年美国伯克利加州大学R·Chiao、A·Steinberg、P·Kwait小组做的实验，发现光子穿过隧道的速度为1.7C。1995年德国人G·Nimtz等宣布做的实验，用音乐对微波源调制后，使音乐以4.7C穿过位垒。以上都是测量获得的某个超光速实验的结果，数据表明的多种性，说明超光速仅是一种概率，并且成功率很低。因为，超光速实质是一种“贝尔态测量”。量子移物最现实的应用是量子计算领域，它的优点是使接收者可以立即收到传输的信息，而无须等待信息以普通方式传输，因此倍受重视。而量子移物实验，正是爱因斯坦与玻尔的争论直接引发的。爱因斯坦主张，应该尝试把握独立存在于观测之外的现实，但他也意识到，当把独立的物理现实赋予缠结对中个体粒子时，就会落入玻尔的整个系统考虑的主张。即对缠结对而言，就是必须把两个粒子的组合放在一起考虑，这样爱因斯坦所需要的每个粒子的独立真实状态对于缠结的量子系统来说毫无意义。同样，这对海森伯也是一个冲击。海森伯测不准原理决定了不可能同时知道某一物体的精确位置和它的动量，因此也就不可能对远距离传送的物体进行理想的扫描，每个原子和电子的位置和速度都可能出现误差。这也适用于其它成对的量，从而使人们不可能准确而全面地测定任意物体的量子状态，但这种测量又必须获得全部必要信息才能准确地描述物体。然而运用量子学的缠结特性，却能回避海森伯测不准原理所施加的限制，而不违反其法则。这就是1993年由IBM科研组的Charles H·Bennett等人发现的可运用量子力学本身来进行传送的途径。这道理是：两个光子偏振的缠结是随机的，但却是完全一致的，因此它们的相速度与群速度也是随机的，但在真空中又是一致。光束甚至单个光子都由电磁场振荡构成，而偏振与电场振荡的取向有关。当一束激光通过如b硼酸钡之类的晶体时产生缠结的光子对，晶体有时把单个的紫外线光子转变为两个低能光子，一个垂直偏振，一个水平偏振。如果光子恰好沿锥面交线通过，那么两个光子的偏振都不确定，但它们的相对偏振是互补的，因而它们产生缠结现象。而非偏振的光包括在各个方向上振动的光子。在偏振光中光子的电场振荡全部具有相同的方向。方解石晶体把一束光线一分为二，其偏振方向与它的轴平行的光子形成一束光线，而偏振方向与它的轴垂直的光子形成另一束光线。处于中间角度的光子则进入两束光线的量子叠加状态。每个这样的光子都能够在这束或那束光线中探测到，其概率依它的角度而定。由于涉及到概率问题，我们不能确切地测出单个光子的未知偏振状态。因此理想的量子移物过程，是依靠发送者（她）和接收者（他）分享一对缠结粒子A和B来完成。发送者有一个处于未知量子状态X的粒子，她对粒子A和X进行了贝尔态测量，得出4种可能结果中的一种。她使用普通方法把结果告诉接收者。接收者根据发送者的结果使粒子保持不变（1）或者让它改变（2、3、4）。两种方法都可以产生初始粒子X的理想复制品。这里，发送者获得这四种可能结果中的哪一种是完全随机的，不依赖于光子X的初始状态。因此接收者在了解发送者的测量结果之前一直不知道如何处理他的光子。可以说，接收者的光子在一瞬间便包含了来自发送者的初始态光子、并通过量子力学原理的作用传输过来的所有信息。然而，要知道如何解读信息，接收者还必须坐等经典信息传输过来，此信息包含两个比特，其传输速度不能大于光速。这里是否可以说，传输的东西仅仅是光子的偏振，或者是它的量子状态，而不是光子“本身”呢？不能，由于光子的量子状态就是它的明确特征，所以传输光子的量子状态便等同于传输光子本身。但由于完全复制量子信息是不可能的，因此发送者的测量实际上使得光子A和光子X缠结，而光子可以说失去了所有有关它初始状态的记忆。作为缠结对中的一个光子，它没有单独的偏振。所以，光子X的初始状态从发送者处消失了。此外，光子X的状态是在发送者和接收者都完全不了解的情况下传输给接收者的。发送者的测量结果是完全随机的，没有显示有关光子状态的任何信息。测量过程就这样避开了海森伯原理，即只要不试图去测量其状态，这个原理并不影响整个状态的传输。并且，传输的量子信息实质上没有从发送者传到接收者。实际传输的所有信息只是有关发送者测量结果的消息，它告诉接收者如何处理他的光子，却没有传送关于光子X状态本身的信息。在四种情形中的一种情况下，发送者顺利地完成了测量，接收者的光子便立即变得与发送者的光子的初始状态完全相同。看起来似乎是信息立即从发送者传到了接收者，从而打破了爱因斯坦的速度限制。但是这个奇怪的特征不能用于发送信息，因为接受者没法知道他的光子已经变成了发送者的光子的复制品。这又说明，即使量子力学在相隔一定距离的情况下幽灵般地发生瞬时作用，也不能以大于光速的速度传送有用信息。量子移物还可以是一种搭骑在发送者的辅助光子A背上的量子状态：辅助光子对根据光子的位置缠结，光子A被分束器分裂后，发送到发送者的装置的两个不同部分，而这两部分通过缠结与接收者的光子B的相似分裂联系起来，要传输的状态也被发送者的光子A所携带，即它的偏振状态。1997年罗马第一大学的研究组成功地演示了这一方案。他们所利用的光子偏振特性是离散的量，其中任何偏振状态都可以恰好表示为两个离散状态（例如垂直偏振和水平偏振的叠加）。和光相联系的电磁场同样具有等于无穷多个基本状态的叠加的连续特性。比如，光速能够被“压缩”，这意味着可以把光的一个特性变得极其精确，或是无噪声，但付出的代价是另一个特性变得更加不确定。这里又把缠结同模糊联系了起来，确定的界是与模糊的界缠结在一起的。1998年加州理工学院的Jeffrey Kimble研究组将这样一个压缩状态从一束光传输给另一束光，由此演示了连续特性的传输。缠结在量子计算领域的运用是跟采用量子比特有关。例如量子逻辑可以是0和1的量子叠加态，就像光子可以是水平偏振和垂直偏振的叠加态一样。事实上，三旋正是能够同时将许多不同输入的叠加进行工作，从而说明它具有缠结的特性。从缠结特征出发，来审视物理学中从经典到现代前沿的平衡、对称、守恒等概念，它们全都有一些相通之处。例如，如果把汤川秀树说的基本粒子的自旋是一种内禀现象，和卡鲁扎--克莱因遗产中的第五维是微小圈结合起来，就是我们说的50年前萌生的三旋环量子理论。一个环量子类圈体能作面旋（如圈体的滚动）、体旋（如圈体的翻动）、线旋（如圈体表层绕中心的免动）。线旋又分为平凡线旋（如普通的圈体免动）、不平凡线旋（如墨比乌斯体类扭动）、收敛线旋（如克莱因瓶类反馈）、节点线旋（如艾根指的从化学进化到生物学进化阶段中的超循环运动）、孤立线旋（如水中的孤波）。因收敛线旋、节点线旋和孤立线旋不具有全对称性，计算自旋态时应除开外，在存在一个不动点质心的情况下，一个全对称的环量子类圈体能不相矛盾具有62种自旋状态，即31倍于球量子粒子客体自旋态。所以波姆对隐秩序的维数计算，从环量子类圈体模型的角度也是可以理解的，即隐秩序存在于非粒子环量子圈态客体中。有了隐秩序这种三旋模型，反过来对于爱因斯坦、波多尔斯基、罗森发现的量子EPR效应也好理解。众所周知，指南针在地球各地除两极外，都能定向相同指向南方。这个道理很简单，是因为地球磁场对指南针的作用引起的。因此也说明如航天飞机或人造卫星离开地球，或在受磁性材料干扰的地方，用指南针定向是不适用的。但科学家们找到了一种陀螺罗盘，不需靠磁力线的作用来定向，而是利用陀螺本身的多层自旋来定向的。这种自旋定向的原理，揭示了自然界中自旋调制耦合功能的EPR效应普遍存在。然而在宏观物体身上是很难做到。非粒子量子圈态线旋客体，因为三旋是它的自然属性。因此是一种天然的超级陀螺罗盘。在EPR实验中之所以曾经耦合过的光子，在分开以后还会出现整体效应，这正是因为像陀螺罗盘在出发之前经调制一样，耦合过的光子，它们像经过调制的陀螺一样，离开地面的陀螺罗盘的方位测量，是跟它调制配对时的陀螺罗盘的方向测量一致的，因此在EPR测量中，两者的量子效应是一样的。