遇事不决，量子热学
2022年诺贝尔化学学奖，授予了三位研究人员，因其在理解量子纠缠方面的开创性工作，这是自然界最令人困扰的现象之一。量子纠缠，用最简单的话来说，意味着纠缠对中的一个粒子的个别方面取决于另一个粒子的个别方面，无论它们相距多远或它们之间有哪些。这种粒子可以是电子或光子，一个方面可以是它所处的状态，比如它是否在一个方向上"旋转"。
量子纠缠的奇怪之处在于，当你检测纠缠对中的一个粒子的一些情况时，你会立刻晓得另一个粒子的一些情况，虽然它们相隔数百万光年。两个粒子之间的这些奇怪的联系是顿时的，虽然打破了宇宙的一个基本规律。这就是为何阿尔伯特-爱因斯坦把这些现象称为"远距离的幽灵行动"。
要真正理解量子纠缠的奇特之处，首先必须了解量子叠加。量子叠加是粒子同时存在于多种状态的看法。当进行检测时，就好象粒子选择了叠加状态中的一种。
依照量子热学量子纠缠通讯，粒子在被观察到之前同时处于两种或更多的状态--薛定谔知名的思想实验生动地捕捉到了这些疗效，即一只既死又活的猫同时存在。
之后，我们想像一个粒子衰弄成两个子粒子，a和b。子粒子的性质加上去必然等于原始粒子的性质——这就是守恒原理。诸如，所有的粒子都有一种被称为“自旋”的量子特点——粗略地说，它们运动上去如同微小的手册针。假如原始粒子的载流子为零，这么两个子粒子中必然有一个载流子为正，另一个载流子为负量子纠缠通讯，这意味着a和B都有50%的概率载流子为正或负。按照量子热学，在你真正检测它们之前，粒子被定义为处于不同状态的混和体。
A和B的性质并不是互相独立的，它们是纠缠在一起的，虽然它们坐落不同行星上的不同实验室。假如你检测它的旋转,你发觉它是正向的，之后想像一个同学在完全相同的时间检测载流子的B，为了维持数学原理，她必须否认B的载流子是反向的。
但这就是事情显得模糊的诱因。如同亚粒子A,B有50:50的机会是正的，所以当A的载流子状态被检测为正的时侯，B的载流子状态“变成”负的。换句话说，载流子状态的信息顿时在两个亚粒子之间传递。
科学家花了20年的时间进行扎根于量子热学的实验，早已接受了它的奇怪之处。因为越来越精确和可靠的仪器以及去年的诺贝尔奖获得者阿兰-阿斯佩克、约翰-克劳瑟和安东-泽林格的工作，数学学家如今以一种特殊的确定性将量子现象列入她们对世界的认识。
但是，甚至直至20世纪70年代，研究人员对量子纠缠是否是一种真实的现象一直存在分歧。并且理由很充分--谁敢抨击伟大的爱因斯坦，他自己也怀疑过这个问题？新的实验技术的发展和大胆的研究人员最终揭露了这个悬案。
1935年，爱因斯坦、鲍里斯-波多尔斯基和内森-罗森发表了一篇论文，描述了一个思想实验，借以说明量子纠缠的一个看似愚蠢的问题，由于它挑战了宇宙的一个基础法则。假如电子的载流子被检测为向下，这么正电子的载流子被检测只能是向上，反之亦然。虽然这种粒子相距数十亿英里也是这么。这显然表明，粒子通过某种联通速率超过光速的形式互相沟通。但按照化学学定理，没有哪些能比光速更快。
包括爱因斯坦在内的化学学家在20世纪30年代提出了一些关于量子纠缠的取代解释。她们的理论是，有一些未知的属性（隐藏变量）在检测之前就决定了粒子的状态。但在当时，数学学家没有技术，也没有明晰的检测定义，难以测试量子理论是否须要更改以包括隐藏变量。
实验证明
光是一种具有具有震动方向的波动传导。在自然界中，光线常常是随机混和在一起的。但是，通过某种实验手段，我们可以限制光的震动方向，使其成为只顺着特定方向震动的偏振，因而可以对光的震动进行观测。量子纠缠是一种可操作且便于观察的现象，因而成为研究量子纠缠效应的主要实验手段。
在1950年，知名日裔女科学家吴健雄成功实现了光子纠缠实验，生成了历史上第一对偏振光方向相反的纠缠光子。自那时起，对量子纠缠的实验探求即将启动，迄今早已经历了70年的发展。
但是，实验方式只是一个方面，一个重要的问题是怎样确定量子纠缠效应是否还能跨越距离限制。这儿我们须要提及1964年美国化学学家约翰·贝尔提出的贝尔不方程。贝尔不方程是一种以他名子命名的物理不方程，提出了假如存在隐藏变量，这么大量检测结果之间的相关性将永远不会超过某个值。通过对量子纠缠的实验研究，我们可以验证量子纠缠是否符合量子热学的理论预测。假如实验结果违背了贝尔不方程，呈现出超过预设值的相关性，这么这将证明粒子之间存在更强的相关性。
其实，通过实验技巧和贝尔不方程的研究，我们在探求量子纠缠效应方面取得了重要的进展。这一领域的发展将进一步推进我们对于量子热学的理解和应用。
2022年诺贝尔奖得主的实验，非常是阿兰-阿斯佩克特的实验，是对贝尔不方程的首次检验。这种实验使用了纠缠的光子，而不是像许多思想实验中那样使用电子和正电子对。实验结果最终排除了隐藏变量的存在，这些神秘的属性会预先决定纠缠粒子的状态。总的来说，这种实验和许多后续实验证明了量子热学的正确性。物体可以以量子热学之前的化学学所不能解释的方法在大范围内互相关联。
重要的是，这与严禁超光速通讯的狭义相对论也没有冲突。在遥远的距离上的检测是相关的，但这并不意味着信息在粒子之间被传输。相隔遥远的双方对纠缠的粒子进行检测，不能借助这一现象以超过光速的速率传递信息。
明天，化学学家继续研究量子纠缠并调查潜在的实际应用。虽然量子热学才能以令人无法置信的精确度预测检测的机率，但许多研究人员一直怀疑它是否提供了对现实的完整描述。不过，有一点是肯定的。关于量子热学的神秘世界，仍有许多东西须要说明。