两枚总是相反的硬币
想象我给你和一位朋友各发一个密封信封，告诉你里面有一枚硬币，已经是正面或反面朝上了。你飞去东京，朋友飞去利马，无论谁打开信封，都会看到一枚硬币。到这里都很平常：硬币在你们出发前就已经是正面或反面了，只是你们不知道而已。现在设想一对更奇怪的东西——就叫它们量子粒子吧——它们被一起制备，使得只要你们俩都去测量，结果总是完美关联：你得到正面，朋友一定得到反面；你得到反面，朋友一定得到正面。每一次都如此，无论相隔多远。这种完美的关联，就是纠缠的核心。
如果故事到此为止，那就毫无神秘可言——只不过是两枚预先设定好的硬币，就像那两个信封。量子力学真正令人震惊的地方在于：这两个粒子并没有被偷偷预先设定。在你测量之前，两个粒子都没有确定的答案；这一对处于一种“两种可能同时存在”的模糊状态，叫做叠加态。确定的结果只在测量那一瞬间才出现——可即便如此，两个答案依然完美协调。这就好像两枚硬币是在当场、一起决定要显示什么，却又遵守着一份它们从未随身携带的约定。
“纠缠”究竟是什么意思
通常，如果你有两个分开的东西，你可以把每一个都单独完整地描述清楚，然后把它们并排列在一起就行了。两个粒子被称为“纠缠”，恰恰是当你无法这样做的时候——你没有任何诚实的办法说“粒子 A 处于这个状态、粒子 B 处于那个状态”。唯一完整的描述，是把这一对当作一个不可分割的整体来描述。信息存在于它们之间的关系里，而不在任何单个粒子身上。一对最大限度纠缠的粒子，就像上面那对相互匹配的硬币，是最干净的例子；物理学家把这样的一对叫做贝尔态。
只看纠缠对中的一个粒子，你不会发现任何特别之处：测量它，一半时间得到正面，一半时间得到反面，纯粹随机，就像一枚均匀的硬币。从单边看，这份神奇是隐形的。它只有在你和测量另一个粒子的人对照记录时才会显现。把两份记录放在一起，你会发现它们配合得天衣无缝。这些紧密的对应关系，就是量子关联——整条学习路线都围绕它展开。
- 把一对粒子一起制备好，使整体被描述为一个纠缠态——不存在对每个粒子的单独描述。
- 把它们送到很远的地方。纠缠会随它们一起“出行”，且不会因距离而减弱。
- 测量其中一个。它看似随机的结果出现了，而搭档那个与之匹配的结果此刻也随之确定。
- 稍后对照两份记录。只有这时，那份完美的协调才显现出来。
爱因斯坦为何称之为“鬼魅”
下面这一点令爱因斯坦深感不安。如果粒子在被测量之前真的不携带任何答案，那么你在东京测量自己的粒子，似乎就瞬间决定了你朋友在利马会看到什么——仿佛一次测量伸手横跨了整个地球，去安排另一次的结果。爱因斯坦对此极不信任，于是给它贴上了“超距鬼魅作用”的标签——鬼魅般的超距作用——并以此论证量子理论必定是不完备的。他无法相信：这边的一次测量，能在没有任何东西从中传递的情况下，在那边凭空变出一个事实。
爱因斯坦偏爱的出路是那个令人安心的版本：也许这两个粒子终究就是像密封信封一样，携带着我们只是看不见的隐藏答案。这种直觉几乎让人无可辩驳。而这个故事最令人屏息之处——也是这条路线接下来要层层揭开的——是它最终被证明是错的；而且我们能用实验、而不仅仅是观点来证明这一点。眼下，先单纯地体会这个谜题：两个粒子，一种共享的命运，看似既是一起决定、又彼此远隔。
这条路线接下来会讲什么
现在你已经握住了万事所系的那一个核心观念：纠缠粒子共享一个单一的状态，所以哪怕粒子彼此远隔、且在被测量前看似没有答案，它们的测量结果也完美关联。从这里开始，这条路就成了一个侦探故事。接下来我们会见到爱因斯坦那番审慎的反对——著名的 EPR 论证——它摆明了他为何确信背后一定藏着什么。随后，约翰·贝尔（John Bell）找到了一个办法，把那场争论变成一个你真的可以去测量的数字。再然后，实验家们真的去测了它。最后，我们要堵上人人都担心的那个漏洞：如果这一切是真的，我们为什么不能利用它来实现超光速发消息呢？