文/圖 大可

規(guī)律與鬧鬼

文/圖 大可

還記得去年第四期上《“反?！钡氖澜纭防镏v過(guò)的有趣故事嗎？

是的，我們講了神秘莫測(cè)的量子世界。

量子神秘到什么地步？

連看（觀察）也不能看一眼，一看它就變了位置！

一看了其中的一個(gè)，另一個(gè)與它有糾纏關(guān)系的，哪怕遠(yuǎn)隔千山萬(wàn)水、天上地下，也會(huì)受到影響，也會(huì)發(fā)生改變！

墨家邏輯

天上地下？

對(duì)，不是形容詞，是事實(shí)！

2016年8月16日凌晨，“長(zhǎng)征二號(hào)”火箭把中國(guó)第一顆，也是世界第一顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”送到了太空。它有很多任務(wù)，其中一項(xiàng)，就是建立地面與空間的鏈接，這不就是遠(yuǎn)隔天上地下嗎？

命名為“墨子號(hào)”，是對(duì)中國(guó)著名的思想家、教育家、科學(xué)家、軍事家，墨家學(xué)派創(chuàng)始人墨子的致敬。

中國(guó)古代名著《墨子》中，記錄了墨子的科研成果，涉及力學(xué)、光學(xué)、幾何學(xué)、工程技術(shù)知識(shí)、現(xiàn)代物理學(xué)、數(shù)學(xué)……哈哈，有很多我們還沒(méi)有接觸過(guò)呢，是嗎？

比如，墨子和他的學(xué)生做了世界上最早的“小孔成像”實(shí)驗(yàn)：在一間黑暗的小屋朝陽(yáng)的墻上開(kāi)一個(gè)小孔，人對(duì)著小孔站在屋外，屋里相對(duì)的墻上就出現(xiàn)了一個(gè)倒立的人影。為什么會(huì)發(fā)生這樣奇怪的現(xiàn)象呢？《墨經(jīng)》（《墨子》的一部分）中寫(xiě)道：“景光之人煦若射,下者之入也高,高者之入也下。”意思是：光線穿過(guò)小孔像射箭一樣，是直線行進(jìn)的。人的頭部遮住了上面的光，成影在下邊；人的足部遮住了下面的光，成影在上邊，就形成了倒立的影。這是對(duì)“光線是沿直線傳播”第一次的科學(xué)解釋?！赌?jīng)》里提出的光影關(guān)系、小孔成像等“光學(xué)八條”，奠定了如今光通信、量子通信的基礎(chǔ)。

墨子的墨家邏輯是全球三大古老邏輯體系之一，而邏輯體系是科學(xué)的基礎(chǔ)。

因?yàn)檠芯俊斑壿嫛本褪茄芯恳?guī)律呀。

“一次性”密碼

遠(yuǎn)隔千山萬(wàn)水、天上地下也會(huì)受到影響的量子糾纏，被偉大的愛(ài)因斯坦嘲笑為“遠(yuǎn)距離鬧鬼”——他是不相信量子糾纏這個(gè)事兒的?？墒牵孛嫔系膶?shí)驗(yàn)已經(jīng)成功了，你看過(guò)《“反常”的世界》就知道了。

“墨子號(hào)”上天是為了看看相隔天上地下，量子會(huì)怎么表現(xiàn)。

天上地下建立起聯(lián)系的一個(gè)任務(wù)，是為了首次完成衛(wèi)星和地面之間的量子通信。

在戰(zhàn)爭(zhēng)年代，為了不被敵人破譯，通信會(huì)設(shè)置密碼，只有掌握密碼的人能讀懂內(nèi)容。

編寫(xiě)密碼有“替換法”：比如先把每個(gè)字變成代碼。這得用一本已經(jīng)成型的代碼本，比如中文電碼本之類(lèi)。否則你自己另編一本代碼，不僅花時(shí)間，還得印制好多本給需要的人，不利于保密。在中文電碼本上，“兒”的代碼是“0334”、“童”的代碼是“4547”、“時(shí)”是2514、“代”是0108……你問(wèn)，這還有什么保密可言？別著急，“替代法”來(lái)了：0到9十個(gè)數(shù)字互相替換，假設(shè)“1”替換成“9”，“9”替換成“3”……讓自己人掌握替換規(guī)律，就能順利讀出內(nèi)容。

此外還有“圖形法”等等。

有密碼就有破譯專(zhuān)家，“替換法”、“圖形法”等在他們眼里太“小兒科”。后來(lái)發(fā)明了“恩尼格瑪”密碼機(jī)，依靠機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)，把簡(jiǎn)單的替換法變成了復(fù)雜的替換系統(tǒng)，能變換出以“千萬(wàn)億億”計(jì)數(shù)的密文字母。可是沒(méi)高興多久，圖靈發(fā)明了計(jì)算機(jī)，成功破譯了恩尼格瑪密碼情報(bào)。

看來(lái)，機(jī)器加密也不可靠。

如果運(yùn)用量子世界規(guī)則來(lái)加密呢？在量子世界，竊取密碼的人在“偷看”（觀察）時(shí)，都會(huì)使它發(fā)生更動(dòng)，也就會(huì)被密碼主人察覺(jué)。

而且，以前的密碼無(wú)論怎么設(shè)計(jì)，都要事先商量好規(guī)律，一旦規(guī)律被破譯，或者記錄規(guī)律的密碼本失竊，或者被懂密碼的人出賣(mài)，再?gòu)?fù)雜的設(shè)計(jì)也是白搭。

而量子通信的密碼不是事先規(guī)定死的，是在通信的時(shí)候隨機(jī)產(chǎn)生的。密碼發(fā)給信息發(fā)、收雙方。發(fā)送、接受的方式，以及確定是不是被竊取，都利用了量子的特性，比較復(fù)雜，先不介紹了。但“一次性”密碼的安全性，密碼本是怎么也趕不上的。

是否鬧鬼

即使各種實(shí)驗(yàn)都在證實(shí)，確實(shí)有“遠(yuǎn)距離鬧鬼”這回事，但人們對(duì)這種現(xiàn)象還是有許多地方覺(jué)得不可思議。為了對(duì)愛(ài)因斯坦的嘲笑“負(fù)責(zé)”，各種測(cè)試方法不斷涌現(xiàn)?！澳犹?hào)”上天后也沒(méi)有停止，而且人們?cè)桨l(fā)小心，實(shí)驗(yàn)手段似乎顯示出很不自信的模樣。比如，去年的一次實(shí)驗(yàn)，居然邀請(qǐng)全世界的人來(lái)參與，因?yàn)榭茖W(xué)家怕是真的有“作弊鬧鬼”的事兒。

我們說(shuō)過(guò)，量子一觀察就會(huì)起變化，那么，其中是否有一個(gè)“通風(fēng)報(bào)信者”，在提醒量子們注意：有人觀察，趕快變成被觀察到的模樣？甚至是量子們會(huì)“互相提醒”呢？

量子糾纏似乎也證明了這個(gè)問(wèn)題，為什么觀察了其中的一個(gè)，另一個(gè)與它有糾纏關(guān)系的，哪怕遠(yuǎn)隔千山萬(wàn)水、天上地下，也會(huì)受到影響，也會(huì)發(fā)生改變，它們之間“通風(fēng)報(bào)信”的速度，連我們現(xiàn)在認(rèn)為最快的光速也比不上！

實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)全世界的人幫忙，至少要30000個(gè)人。從全世界邀請(qǐng)，被邀請(qǐng)的人眾多，是想讓人們“互相不搭界”，把“作弊”的可能性降到不可能吧？

做法是把一對(duì)糾纏粒子分隔兩地，讓不同的觀測(cè)者，同時(shí)對(duì)兩個(gè)粒子進(jìn)行獨(dú)立觀測(cè)，具體觀測(cè)方法必須由隨機(jī)選擇而定。“隨機(jī)”，就像量子通信密碼那樣，讓任何人沒(méi)有事先準(zhǔn)備的條件，一切為了讓糾纏的量子沒(méi)有提前串通的機(jī)會(huì)。

而且不是觀測(cè)一對(duì)“糾纏”，而是大量的“糾纏”，用這樣的方法，來(lái)排除實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偶然性。

其實(shí)，這樣的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)有過(guò)多次，每次都說(shuō)：愛(ài)因斯坦，你別不信，量子世界的現(xiàn)象，真有其事！

但是，以前選擇的“隨機(jī)”方法，真的是隨“機(jī)”——是“隨機(jī)數(shù)發(fā)生器”做的選擇。小心翼翼的科學(xué)家想：隨機(jī)數(shù)發(fā)生器是機(jī)器，機(jī)器都是嚴(yán)格按照規(guī)則來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)的，這樣的“隨機(jī)”，不就像密碼本那樣，其實(shí)是有規(guī)律的？這不是給了量子們“串通”的機(jī)會(huì)了嗎？

于是，科學(xué)家們決定讓“人海”來(lái)選擇不同的觀測(cè)方法，他們?cè)O(shè)計(jì)了通道，讓人們來(lái)參與。

困惑的人類(lèi)

可是，還有科學(xué)家在嘀咕：人是靠自己的想法在選擇，人的想法——意識(shí)，會(huì)不會(huì)也有量子糾纏的現(xiàn)象，以致影響到“隨機(jī)”性呢？

因?yàn)榭茖W(xué)家認(rèn)為，人的大腦有直覺(jué)，直覺(jué)只能在量子系統(tǒng)才能夠產(chǎn)生。計(jì)算機(jī)、機(jī)器人都是靠邏輯運(yùn)算，所以不能產(chǎn)生直覺(jué)。

那么，這次實(shí)驗(yàn)，人的直覺(jué)是否會(huì)不知不覺(jué)地成為“通風(fēng)報(bào)信者”？實(shí)驗(yàn)結(jié)果能不能正確地回復(fù)愛(ài)因斯坦？

量子啊，你把人類(lèi)弄得太困惑了！