梁永成

量子非局域性（quantum nonlocality，又稱量子非定域性）是量子物理學所給予的眾多預測當中最匪夷所思的現(xiàn)象之一。這一現(xiàn)象說明：量子世界所允許的測量結(jié)果之間的強關(guān)聯(lián)性是不能夠通過我們所熟悉的時空機制來解釋的。貝爾（J.s.Bell）這一開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)毫無疑問是現(xiàn)代物理學發(fā)展的一個重要里程碑。然而，很遺憾的是，時至今日，仍有許多卓越的物理學家都還沒能真正領悟到這個發(fā)現(xiàn)對于物理學所帶來的沖擊。

在眾多研究這一現(xiàn)象的學者里，基本上沒有人比瑞士日內(nèi)瓦大學的吉桑（N.Gisin）教授更清楚，也更適合去介紹這個物理現(xiàn)象的謎與美。他的新書《跨越時空的骰子：量子通信、量子密碼背后的原理》正是他希望借此以淺顯易懂，卻又生動有趣的文字來引導讀者去探索，并了解這一奇特現(xiàn)象的嘔心瀝血之作。原書（法文版）于2012年發(fā)行，并于2014年被翻譯成英文和德文，而中文版如今也終于面世，讓廣大的中文讀者可以有機會了解到這一重要物理現(xiàn)象的來龍去脈。

作為一本科普書，吉桑教授選擇了一個發(fā)生在牛頓身上的小故事來作為他的開場白，讓大家明白：其實非局域性這一概念并不是一個現(xiàn)代物理學的新穎產(chǎn)物，而是一個可以追溯到牛頓萬有引力定律里頭的概念。為了讓讀者更好地掌握這一概念，吉桑又通過一些深入淺出的例子，譬如所謂的貝爾游戲，和其他虛擬的小故事去闡述量子非局域性的關(guān)鍵點：量子力學所允許的強關(guān)聯(lián)性既不能通過直接的因果關(guān)系，也不能通過任何我們所熟悉的時空機制去解釋。

從1960年代貝爾那開創(chuàng)性的發(fā)現(xiàn)開始，有許多物理學家和哲學家陷入了關(guān)于非實在性和非局域性的喋喋不休的爭論。而非實在性這一概念卻又和非決定性，也即所謂的隨機性這一概念息息相關(guān)。與其像既有的許多文獻里那樣對這一爭論作繁瑣而又達不到啟發(fā)的分析，吉桑教授選擇了在他的書本里通過一系列的例子來反復闡述真隨機性的必要性：沒有真隨機性，量子非局域性將造就超光速通信的可能性！換言之，也真是因為存在著真隨機性，量子非局域性才可以和狹義相對論“和平共處”。那是否就意味著，吉桑教授認同了量子世界的非局域性呢？其實也不盡然。

是什么造就了量子非局域性呢？在量子物理學里，對于所謂的量子糾纏態(tài)進行可自主選擇的測量是顯現(xiàn)量子非局域性的必要條件。吉桑教授本身在量子力學這個領域的全方位研究，除了讓他可以用更生活化的文字去解釋量子糾纏這一現(xiàn)象，也可以讓讀者感受到物理學家是如何通過真正的實驗裝置去實現(xiàn)這一抽象概念的，進而完成那些異常復雜卻又至關(guān)緊要的貝爾實驗。

當然，量子世界里的奇異現(xiàn)象并不僅限于非局域性。量子態(tài)的不可克隆性，量子隱形傳態(tài)（quantumteleportation）等在吉桑教授的描述之下都顯得特別淺顯易懂。因此，本書除了對感興趣于非局域性的讀者來說足一個不可多得的瑰寶之外，對更廣大的公眾來說也是一個可以讓他們在不借助任何復雜數(shù)學公式的情況之下認識諸多量子現(xiàn)象的科普書籍。譬如說，僅僅透過超光速通信的不可行，吉桑教授便展示了量子態(tài)的不可克隆性！

量子現(xiàn)象的奇特除了讓許許多多的物理學家抓破腦袋，百思不得其解，也帶來了新一輪的量子革命。其中，真正已經(jīng)被商業(yè)化的兩個應用，即量子隨機數(shù)產(chǎn)生器和量子密鑰分發(fā)，都跟量子非局域性有著莫大關(guān)系。這當中的微妙關(guān)系和量子信息領域迂回曲折的發(fā)展歷程，讀者也可以通過吉桑教授的新書一窺究竟。

量子非局域性究竟告訴了我們什么呢？四十余年來，吉桑教授本著物理學家那種打破砂鍋問到底的精神，從多個方面想要把量子非局域性這一現(xiàn)象搞清楚，弄明白。毫無疑問，我們現(xiàn)在知道的要比以前多得多，但我們所不知道的，所不明白的依然很多。

在本書的最后三章里，吉桑把他這些年來經(jīng)過反復思考后得出的結(jié)論無私地跟大家分享。當然，這其中包含了一些他的主觀看法。但從這里，讀者可以清楚地感受到吉桑教授是如何去看待并分析這個嚴肅的物理問題的，也讓讀者清楚地認識到求知的歷程往往是充滿挫折的。

總的來說，對量子現(xiàn)象，尤其是對量子非局域性感興趣的讀者將發(fā)現(xiàn)，這是一本不可多得的好書。即便對于那些本來就已經(jīng)對非局域性有一定認識的讀者，吉桑的新書也不會讓您空手而歸，因為他無私地分享了他個人覺得這個研究領域最重要的一些懸而未決的議題，好讓每一個人都可以有機會對這一既讓人驚喜，卻又讓人琢磨不透的奇特物理現(xiàn)象做一些思考，甚至有所貢獻。