解讀詭異的量子世界，超光速現象司空見慣，完全顛覆人類的世界觀
在量子領域的邊緣，物理學家們曾一度懷疑我們對宇宙存在的基本假設，但最終他們不得不承認，觀測是決定宇宙狀態的關鍵因素。在嬰兒的眼裡，世界充滿了驚喜，他們會驚奇地發現，當某物被遮擋後，它似乎就從世界上消失了，彷彿它是憑空產生、憑空消失的，這爲他們提供了無盡的樂趣（儘管對成人來說這毫無新奇之處）。
但是隨着孩子們逐漸長大，他們會認識到物體並不會無緣無故地出現或消失，他們將理解到客體永久性的概念，而這概念在物理學界根深蒂固，以至於無需再進行深入講解。這種思想，即我們不看宇宙時它依然存在，是物理學中最基本的假設之一，大部分科學理論都基於此認爲宇宙在觀測之外同樣真實。這種概念，即宇宙不依賴於觀測者或意識而存在，在物理學中被稱作實在論。
然而，量子力學的怪異之處讓一些科學家質疑，是否應放棄這個基本假設。這個議題是量子力學創始時期最激烈的爭論之一。
一方面，尼爾斯·玻爾堅持認爲，在沒有進行觀測時賦予宇宙以現實是毫無意義的。在沒有測量時，量子系統只存在於一個模糊的疊加態，也就是所有可能屬性的混合。波函數是描述這個疊加態的唯一手段，只有在觀測發生時，宇宙才呈現一個確切的物質狀態。這種宇宙的有時有時無的特性，正是玻爾的哥本哈根詮釋的核心。
另一方面，阿爾伯特·愛因斯坦堅信現實是客觀存在的，不依賴於我們的觀測。他認爲波函數和量子力學本身是不完全的，存在所謂的隱變量，這些變量代表了更加物質化的實在。
爲了反駁玻爾的理論，愛因斯坦和波多爾斯基、羅森設計了一個量子情境，表明如果放棄實在論假設，則必須同時放棄另一個基本的觀念：定域性。定域性認爲宇宙中的點只能與鄰近的點產生作用，這是相對論的基礎，它限制了因果關係的傳播速度，使其不超過光速。
EPR悖論，即愛因斯坦-波多爾斯基-羅森悖論，引入了量子力學中最神秘的概念之一：量子糾纏。當兩個粒子短暫相互作用後，它們會相互影響，聯結在一起，形成一個統一的波函數，該波函數包含了兩個粒子所有可能的狀態。
根據哥本哈根詮釋，對糾纏對中任一粒子的測量，都會導致整個波函數的坍縮，進而影響另一個粒子的測量結果，這種影響在理論上可以瞬間跨越任何距離，甚至可能逆時間傳播。這不僅違背了定域性，也可能違背了因果律，愛因斯坦等人認爲這種觀點荒謬至極，他們認爲宇宙在每一點都應有真實而確定的存在，其影響不會超過光速。
當時，玻爾與愛因斯坦之間的辯論聽起來具有哲學意味。然而，1964年，愛爾蘭物理學家約翰·斯圖爾特·貝爾提出一個實驗，用以解決這一爭端。他用糾纏的電子和正電子對進行實驗，當這兩個粒子同時由一個光子產生時，它們的自旋方向總是相反。在測量之前，我們不知道任何粒子的確切自旋方向，只知道它們必然相反，因此它們的波函數是糾纏的。對一個粒子自旋的測量，能告訴我們另一個的自旋，無論兩者相隔多遠。
但在量子力學中，測量行爲會改變被測量對象。拿量子自旋來說，測量的影響非常奇特。我們通過轉軸來定義自旋方向，而測量時必須選擇一個方向放置測量儀器。我們發現，被測量的量子總是與我們選擇的測量方向對齊，如果選擇垂直方向測量，則自旋方向是向上或向下；如果水平測量，則自旋方向是向左或向右。測量似乎迫使被測量粒子的自旋與測量方向對齊。
但是，測量一個糾纏粒子如何影響另一個糾纏粒子的自旋方向呢？
答案將是解決玻爾與愛因斯坦之爭的關鍵。如果愛因斯坦是對的，每個粒子在所有時間點上的自旋測量結果，都是在產生時作爲隱變量獨立存在於粒子內部，之後我們對其中一個粒子的操作不會影響另一個粒子。然後我們測量兩個粒子的自旋，結果存在一定關係，因爲它們曾有聯繫，但與我們選擇的測量方向無關（即兩粒子的自旋測量結果可能相同也可能相反）。
如果玻爾是對的，在產生與被測量之間，電子和正電子只以包含所有可能狀態的波函數形式存在。對一個粒子自旋的測量，會使整個波函數坍縮爲具體的固定值，兩個粒子於是在我們所選擇的測量方向上顯示爲相反的自旋，這就意味着我們認爲前一個粒子的測量方向與之後測量的另一個粒子的實測旋轉方向會存在關聯（即兩者的自旋結果必然相反），這也正是讓愛因斯坦頭疼的幽靈般的超距作用。
因此，約翰·斯圖爾特·貝爾提出了一系列可觀測的結果，即貝爾不等式，以證明愛因斯坦是正確的，或者量子力學需要定域隱變量。
如果一個糾纏實驗違反了貝爾不等式，那麼定域實在論也被違反。這類實驗實施困難，因爲糾纏量子態的產生和維持都極不穩定，任何微小作用都可能破壞糾纏狀態。
然而，在上世紀80年代，法國物理學家阿蘭·阿佩斯成功了，他使用的不是自旋糾纏的電子和正電子對，而是偏振糾纏的光子對，偏振即光子電磁場的指向，其原理與自旋糾纏相同。
阿佩斯發現，對一個光子選擇的偏振測量方向，與其糾纏對象最終測得的偏振方向間存在關聯，貝爾不等式被違背了！這個實驗甚至設計成使糾纏光子間的作用只能以超光速傳播（也就是說，最低速度都比光速要快）。之後，衆多實驗在不斷增大的尺度上驗證了這一結果，科學家們甚至在數公里的尺度上觀察到了那種瞬時影響。
現在，貝爾不等式的違背已成爲鐵一般的事實，它暗示着量子力學中的波函數不存在局域隱藏變量。這是否意味着哥本哈根解釋得到了證實，同時否定了局域性和實在性的結合？我們是否真的處於一個奇特宇宙中，在我們轉移視線時，萬物便消融在量子的不確定中？
關於糾纏的實驗結果雖然似乎對局域實在性提出了挑戰，但可能僅僅是違反了局域性或實在性二者之一。貝爾本人堅信，其不等式被違背僅是對局域性的否定，實在性仍可安然無恙。
非局域性暗示着糾纏粒子間存在瞬時的相互影響，對於任何信奉相對論的人來說，這聽起來簡直就像是異端邪說。然而，讓人驚訝的是，非局域性與相對論竟可以和平共處。
相對論堅持因果關係，即信息不能以超過光速的速度傳遞。而在那些糾纏實驗中，並沒有提供任何途徑讓信息在粒子間傳遞。只有當測量完畢，比較彼此的測量結果時，糾纏粒子間的作用才得以顯現，宇宙似乎巧妙地規避了信息超光速傳遞或時間倒流的謬誤。
哥本哈根解釋仍舊與所有的量子力學觀測結果完美契合，玻爾所描述的宇宙或許正是我們棲身的真實宇宙。但放眼望去，如果我們放棄局域性，那麼談論隱變量也未嘗不可。例如，糾纏的粒子或許通過愛因斯坦-羅森橋（蟲洞）相互連接，蟲洞允許超光速的即時作用。還有種解釋是不需犧牲實在性與局域性，即多元宇宙解釋，這一觀點對於廣大對量子世界感興趣的人來說，定不陌生。