比光速還快的原子傳心術－藍色情懷

郭中一譯

許多科幻小說中曾提及不經言語、動作、文字等平常溝通方法，即可傳遞意念，稱之為「傳心術（telepathy）」或「心電感應」。聽來似乎神妙莫測，但是最近物理學家居然發現，由於量子效應，在原子或次原子層次，可以達到「此一動念，彼即分曉」，不但能夠「傳心」（傳遞訊息），還快過音速（捷於響）、快過光速（捷於影）。

次原子粒子在特殊情況下，可以立即交換訊息。理論上的可能性，是早在1960年代就由歐洲核子加速器中心的理論物理學家貝爾（J. Bell）提出，稱之為「非局部的」（nonlocal）交互作用。1980年代，艾斯佩克（A. Aspect）終於在巴黎觀測到這種效應。他證明兩個反向放射的光子，仍是藕斷絲連、糾纏不清的（entangle d），宛如單一粒子一般。因此，當度量其中一個光子的狀態時，不論另一個光子有多遠，其狀態立刻會受到影響。現在，即使在原子層次裡，以古典牛頓力學觀點來看，兩個從未曾接觸過的原子，似乎也是糾纏不清的。

理論上，發現這項可能性是德國哥廷根（Göttingen）大學的黑格菲特（G. Hegerfeldt），他是在改正物理大師費米（E. Fermi）於1932年時所做計算中的一個錯誤時發現的。費米當時所計算的，是關於兩個同類的原子，置於一距離外，其一放出輻射，另一原子會如何回應。如果頭一個原子是處於激態，那麼遲早它會放射出一個光子，回到基態。放射出的光子，頻率恰可激發第二個原子。這也正是雷射的基本原理。

根據常識判斷，總要等到光子有足夠的時間自第一個原子達到第二個原子，第二個原子才會被激發。費米計算所得的結果也正是如此。但是偉人也有犯錯的時候，而大概因為這錯誤與常識相符，所以等到黑格菲特才發現。根據黑格菲特的正確計算，頭一個原子衰變的同一時刻，第二個原子立即受激發的機率雖小，但不為零（結果發表在Physical Reviews Letters, 72卷,第596頁）。

但這只不過是個起頭而已，就如其他許多量子力學中的奇特現象一般。專家們必須為這數學推演賦予意義。目前最好的解釋似乎是：任何物體，包括單一原子在內，都不應視為「孤立系統」。

在量子力學中，粒子也具有波動性，原子中的粒子是散佈開來的，而在宇宙任一角落發現某一粒子的機率，即便甚小，也不為零。所以，頭一個原子中電子的波函數會和第二個原子中電子的波函數重疊，就像艾斯佩克實驗中的兩個光子一樣，彼此糾纏。因此，當其中一個原子中的電子從高能階跳到低能階時，便立刻會使另一個原子中的電子跳到相同的高能階。

（取材自New Scientist﹐26 Feb. 1994）