恩里克·加尔韦斯的实验室在科尔盖特大学，大约有可放两辆车的车库那么大。像大多数的车库一样，实验室里面塞满了东西。沿墙有个工作台，其上堆满了工具箱和各种失修的电子齿轮。一进车库，左边是最常用的装置——咖啡壶。房屋中间是一对光具座装置——两个达到工业强度的钢制平台，每个大小都像餐厅里的餐桌一样。桌子上钉着带有小孔的板子，为的是装镜子、棱镜、透镜和滤光片。加尔韦斯说：“感觉就像再玩一遍 Erector 玩具 。”加尔韦斯是一个敦厚的秘鲁人，长得特别像阿尔·弗兰肯 。

如果什么人愿意担当向世人展示量子纠缠的重任，那无疑非加尔韦斯莫属。量子纠缠是现代物理学家观察到的最著名的非定域现象之一，爱因斯坦觉得它很像幽灵，有不祥的预感。“纠缠”这个词取自爱情里的浪漫纠缠之意：一种特殊的、有潜在麻烦的关系。两个粒子纠缠在一起，意思并不是字面意义上的像线团那样互相缠绕，而是它俩之间有一种特殊的超越空间的暧昧关系。如果生成、偏转和测量的光束不是一般的手电光束，而是纠缠的光子形成的光束，你就能看见这种效应。这个实验的早年版本是20世纪70年代在伯克利和哈佛做出来的，里面有一些疯子科学家用的非常奇怪复杂的仪器：一个滚烫的炉子、一组玻璃窗格和一架哗啦作响的电子打字机。现在加尔韦斯利用了Blu-ray激光器和光学纤维，让这套装置最小化，以致它可以放在教室内的课桌上。

大多数我见过的实验物理学家内心深处都是喜欢捣鼓小器具的手艺人，容易被一些酷玩意儿迷住，正如容易被宇宙的神秘性迷住一样。新加坡量子技术中心的一个实验物理学家告诉我，进入他的实验室的学生必须经过一个小测验，小测验里没有一道物理题目，而是讲故事，故事里必须讲你怎么把自己家里的电器拆掉，然后在家里人发现之前怎么设法组装回原状。显然，很多人选的是洗衣机。对加尔韦斯来说，他的童年对玩化学——那些各种各样的爆炸玩意儿——最有激情。他生长在秘鲁首都利马的一个中产阶级社区，一次他和朋友尝试着做火药，最后做成的是一个冒烟的炸弹，效果差不多。“（这）比爆炸的东西更有意思。”加尔韦斯边回忆边说，“就是有点危险。”

加尔韦斯称自己几乎是很偶然地成为一名研究非定域性的物理学家的。和大部分物理学家一样，他当时对非定域现象没有想得太多。20世纪90年代末期，一个同事带着一个戏剧性的新闻来到他的办公室，告诉他说奥地利物理学家安东·塞林格和他的实验室用量子纠缠把粒子从一个地方瞬间传送到另一个地方。“瞬移？！”任何《星际迷航》 影迷听了这个都会精神一振。尽管塞林格团队只是一个个地传送光子，而不是一次传送整个飞船空降师，这个消息仍然很“酷”，比得上冒烟的炸弹，而且这个过程非常直截了当。假设你想把一个光子从实验室左边瞬移到右边，首先你需要准备好瞬移传送器，也就是生成一对彼此纠缠的光子，并且把它们分别放在实验室两边。然后，把要传送的光子拿出来，让它和左边的粒子产生交互作用。由于这两个纠缠的粒子之间有特殊的关系纽带，右边的粒子立即感受到这种交互作用，允许光子在右边重构。（有人怀疑这个过程不算真正的“瞬移”，他们认为这个过程神似“身份盗用”。实验者剥夺了左边粒子的性质，将这些性质推到右边的粒子上。但一个粒子无非就是它的所有属性的总和，所以这两组性质等同于同一个东西。）

加尔韦斯及其同事已经有了全套仪器设备，不久他们就开始在实验室里输运粒子了。他说：“我们当时只是为了好玩，想看看瞬移是怎么回事。”另一个同事提出设计一个连“诗人学物理”班的学生都可以做的物理纠缠实验。实验并没有做瞬移，而是实现了纠缠实验过程的第一步也是最重要的一步，即生成纠缠的光子并将它们分开。对于这个现在看来非常简单的实验装置，他们当时在实验室里汗流浃背地干了两年。加尔韦斯开始在ALPhA工作室（一个物理教育小组）为老师们演示这个实验是怎么做的，他把实验过程做成手册放到网络上，让那些喜欢自己动手做实验的人也能在自家地下室里做粒子纠缠实验。ALPhA的前任主席戴维·凡·巴克欢呼道：“太棒了，纠缠实验不再只是研究所和大学的事了，它已经走到寻常百姓家中去了。”

在我访问加尔韦斯实验室的那天，他的一个光学平台（光具座）让给了量子纠缠实验，实验目的不仅是演示纠缠，而且也研究造成纠缠的原因。我认识到实验基本上是高技术版本的鲁宾·戈德堡投币装置，只不过用光子代替了硬币，是“正面朝上”还是“反面朝上”取决于光子是否穿过滤光镜。系统经过微调可使得光子穿过滤光镜的概率为50%，正如投掷骰子。该实验的基本思路是生成一对硬币，两个同时投掷，记录是正面朝上还是反面朝上；然后再生成一对，投掷、记录……重复几千次，将统计数据叠加起来。乍一看，要想得到一个可预测的结果需要费好大工夫，但如果你想到我们说的是量子硬币就不是这样了。显然将粒子想象为硬币只是一个比喻，但只要你不在字面意义上去理解它，就完全是合理合法的。物理学家利用比喻理解现象。

为了启动这套装置，加尔韦斯打开一台紫外激光器，让激光通过一组光学元件，以保证光束对齐。激光打到一块小小的硼酸钡晶体上，这是中国科学家20世纪80年代发现的一种材料，它可以把一束紫外光分解成两束红光。分解以粒子为最小单元，如果你放大仔细看，就会看到由一个个光子组成的光束，就会看到有些紫外光子打到晶体上，然后能量分解成一对双胞胎红色光子。瞧，一对硬币！晶体的上游是一个称为波片的光学元件，加尔韦斯用它来控制晶体的输出。红色光子是否纠缠取决于他怎样设置波片。

一旦两道红色光束分道扬镳，它们就不再相互作用了。加尔韦斯将两道红光分别对准两个偏振滤光镜（就像摄影师加在镜片上以消除不必要的强光的偏振滤光镜），如图1-1所示。滤光镜允许光子穿过或挡住光子，这取决于它们的振动方向——极化方向。加尔韦斯可以通过旋动滤光镜一侧的旋钮来控制让哪些光子穿过。在这个实验里，他把两个滤光镜设置得完全一样，随机地只允许一半数量的光子穿过，从而模拟硬币投掷实验。

从滤光镜中穿过的光子被送至探测器，探测器将它们转换成电子脉冲。探测器是全套系统中最昂贵的（打破了得赔的那种）部件，非常敏感，能够探测到一个光子。探测器每件价值4000 美元，很容易被强光损坏。即使室内灯光全部关掉，探测器的读数也会疯狂跳动，因为即使只有一丝灯光也会让指针冲上去。看着这些探测器的指针，不禁让人想到，一个看上去漆黑的房间实际上是多么明亮。我们必须保证电话和笔记本电脑完全关掉，因为只要LED灯光闪一下，整个实验就会前功尽弃。“有一段时间我们不得不将实验室里所有闪光的东西都用黑色胶带封上。”加尔韦斯说，“要是你知道我这个实验室里有多少闪亮的东西，你会很吃惊的。”他把一块黑丝绒布铺到仪器上，然后在整个光学平台四周拉上一道厚厚的帘子。

最后，探测器连上有3个电子读数的仪表。该仪表安放在帘子外面，其中两个读数显示穿过左边和右边偏振滤光镜的光子的个数。加尔韦斯打开激光器，读数就像以微秒为单位的秒表一样往上跑。第三个读数显示“符合数（coincidences）”，就是一对纠缠的光子都通过了自己的滤光镜的对数。用投币实验比喻，一次“符合”意味着两个硬币的正面都朝上。这些符合数是加尔韦斯窥探量子非定域性的窗口。

带我转了一圈后，加尔韦斯准备采集一些数据了。为了检验一下是否一切工作正常，他先将波片设置成生成非纠缠光子，以模拟投掷普通硬币。仪器盘读数显示约每秒25对符合。为了比较说明，如果每一对的两个光子都成功地穿过滤光镜，每秒的符合数就将是100对，所以符合率大约是最大可能值的1/4。从概率论角度看，这是对的。如果投掷两枚硬币，每一个正面朝上的概率是1/2，所以两枚硬币同时正面朝上的概率是 1/4，如表1-1所示。

注：在正常情况下投掷两枚硬币，平均只有1/2机会同时正面朝上或反面朝上。但如果你准备的是一对纠缠着的量子硬币，那么它们总是同时正面朝上或反面朝上。

现在加尔韦斯调整波片让它生成纠缠的光子，于是符合数跳到了每秒50对。在地下室的实验室里，电子读数从25上升到50，看起来不算很多，但那是你自己的事。要想通过表面现象窥视这个世界底层发生的事，在证据非常微弱不易察觉的情况下，是要付出很大努力的，但这丝毫不会影响它的戏剧性效果。为了这一时刻，这么多年的等待和准备都值得，因为我看见了50对。当我意识到自己看到的是什么的时候，我颤抖了一下。光子表现得像一对魔术硬币。加尔韦斯投掷了上千次硬币，每次这一对硬币总是同时正面朝上或反面朝上。这种事单凭运气是不可能的。

如果我的朋友在聚会上表演这个魔术——投掷一对硬币，使得它们同时正面朝上的概率比正常情况高出1倍，我会猜那是恶作剧。我的朋友很可能去过魔术商店，买了两面都是正面的硬币，这样实验结果是事先确定的。是不是加尔韦斯的实验结果也有类似的特技？为了进行检验，加尔韦斯采用了爱尔兰粒子物理学家约翰·斯图尔特·贝尔于20世纪60年代提出的策略。他将其中一个滤光镜翻转90°，像投掷硬币用左手而不是用右手，这样做并不会改变粒子穿过滤光镜的概率。如果结果真是事先确定的，那什么都不会影响。但这一看起来无害的变化的确对光子产生了效应。符合计数器的读数顿时降到几乎为零，意思是如果一个光子穿过去了，另一个就肯定过不去。换言之，一对魔术硬币从总是同一面朝上变到总是另一面朝上。这个搞恶作剧的人需要特殊的诡计。这样把实验进一步细化，加尔韦斯排除了阴谋诡计的猜想。

我又仔细查看了一遍光学平台，那些滤光片相隔手掌那么厚的距离。塞林格和其同事的实验曾把距离拉长到160千米，量子技术中心的研究人员正在研究基于空间的量子技术版本，准备把距离拉得更远。一个微小的粒子也可能出现在宇宙的另一个角落。光子跨越那个巨大的鸿沟协调它们之间的行为，它们没有互相接触，而且也没有已知的力连接它们，然而它们步调一致，就像一个人一样。当加尔韦斯旋转光具座左边的偏光镜滤光片，一个光子穿过去时，光子将向滤光镜的方向极化。和它纠缠的那个光子步调一致，紧随其后：它必须和它的伙伴采用同一个极化方向，同时还必须对自己这边的滤光片做出反应。这样，左边发生的事影响右边的事，尽管没有时间跨越空间施加影响。的确如此，这种影响力可能一下子就传到右边来——以无限快的速度，明显比光速快，明目张胆地挑衅相对论。这是非定域性的众多神秘之处之一。物理学家们评论说，从来没有见过这么逼真的魔术了。“学生们喜欢这个。”加尔韦斯说，“好学生会说‘让我自己想想这是怎么回事’。” pYM6mmWj8mXuocowt4uIdK9PVaczcWMtppEVQNE49uoFkj1+Fwd6XG0/P+N/QZ7E