量子纠缠物理学和天文学的展望
  如果在量纠缠现象中发现了“纠缠力”和“纠缠波”，那么根据物理和天文哲学“等效原理”的推论，科学家能够建构“缠力波物理学”和“缠力波天文学”，就像他们建立了“电磁波物理学”和“电磁波天文学”、正在建立“引力波物理学”和“引力波天文学”一样。量纠缠似乎不同于电磁现象和引力现象，在电磁力的相互作用中，带电荷的粒之间产生直线式的吸引、或排斥力；在引力的相互作用中，带质量的粒之间产生直线式的吸引力；而在量纠缠的相互作用中，两个、或两个以上的粒会发生“行为人一致”的量态变化，即：处于纠缠态的两个量不论相距多远都存在关联，就像照镜一样，其中一个量状态发生改变，另一个的量态会立即发生相应的改变。根据量纠缠理论的推测和目前获得的实验成果，科学家不必使用“缠力波物理学”和“缠力波天文学”的概念，他们能够确定量纠缠物理学和量纠缠天文学的研究领域和应用范围。如果20世纪是电磁波物理学和电磁波天文学的世纪，那么21世纪将会呈现“一业为主、多业并举”的科学态势，电磁波物理学和天文学依然是科学的“主业”，其它的“副业”包括了新兴的中微物理学和中微天文学、引力波物理学和引力波天文学，而量纠缠物理学和量纠缠天文学已经跨进科学殿堂的“门槛”。就像引力波的发现为人类打开了一扇观测自然、认识宇宙的“天窗”一样，量纠缠实验积累的成果也将为人类提供一条发现自然、探索宇宙的新途径。

  2017年6月16日，中科院和中科大的潘建伟院士率领的研究团队宣布了量实验的最新成果，他们利用“墨号”卫星携带的实验仪器，在国际上率先成功地实现了千公里级双向量纠缠的分发，在卫星和地面站之间实施了大空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量力学非定域性的检验，他们通过“墨号”卫星从太空中将一对相互纠缠的量“分发”到青海德令哈和云南丽江的两个地面站，通过数千对纠缠光的实验检验，他们发现，在两个相距超过1200公里的地面实验站之间光对的“纠缠效应”仍然有效。国际权威学术期刊《科学》在6月15日以封面论文的形式发表了该项实验的成果，杂志的编辑在一份简介中将这项中国科学家独立完成的实验称为“一项里程碑式的研究”，杂志的封面显示了“墨号”从星空向两个地面站发出两道激光，宛如两条长腿向前迈步，封面图片象征着量通信向实用的目标迈出了一大步，《科学》杂志同期刊发了中国量卫星项目首席科学家潘建伟等人撰写的论文，题为《基于卫星的纠缠分发距离超过1200公里》。

  一对纠缠量的分离距离进入了千公里的数量级，这是一个质的飞跃。从2003年开始，潘建伟领衔的项目团队就开始进行长距离的量纠缠实验，从13公里增加到100公里，他们的实验研究始终处于国际引领的水平，从百公里到目前的千公里，“墨号”卫星将量纠缠分发距离的世界纪录提高了一个数量级。“墨号”量科学实验卫星于2016年8月16日在酒泉卫星发射中心发射升空，经过四个月的在轨测试，2017年1月18日正式交付并开展科学实验，星地量纠缠分发作为卫星的三大科学实验任务之一，在国际科学界首次实现了空间尺度上的量纠缠分发。早在2003年，潘建伟团队就提出了利用卫星实现远距离量纠缠分发的实验方案，2005年实现了水平距离13公里的自由空间双向量纠缠分发，2010年实现了基于量纠缠分发的16公里量态隐形传输，2012年在青海湖实现了百公里的双向量纠缠分发和量隐形传输，充分验证了利用卫星实现量通信的可行性。

  据量卫星科学应用系统总设计师彭承志的介绍，这是量卫星上天以来首次发布的成果，“墨号”卫星运行在500公里高的轨道上，卫星上的纠缠源设备每秒产生800万个纠缠光对，卫星经过中国上空时，同时与青海德令哈站和云南丽江站建立光链路，跟瞄精度达到0.4微弧度，从而实现持续稳定的纠缠分发，激光器以每秒1对的速度在地面超过1200公里的两个地面站之间建立两个光的量纠缠。在回答媒体有关1200公里距离的量纠缠实验为什么不在地面上做的问题时，潘建伟院士的解释是：因为光通过地面光纤传输时损耗很大，光纤会“吃掉”部分信号，普通信号削弱了可以放大，但量纠缠的信号无法放大。潘建伟院士对量通讯的解释简洁而直观：把1个光送到北京，1个光送到合肥，两者距离1000多公里，这样就可以在北京、合肥之间建立很好的量通道，实现量保密通信，量纠缠分发是将一对有“感应”的量分置于两地，要让量通信实用化，需要实现量纠缠的远距离分发，但是，量地面传输无论通过光纤或大气都有较大的信号损耗，解决这一问题的有效办法就是利用卫星向地面分发光。

  为了明在量纠缠理论和实验中蕴含“新物理学”和“新天文学”的要素，我们在领略了潘建伟团队“史诗般的实验”之后，再来了解一下近期的另一项伟大实验成果，2017年6月2日，激光干涉引力波天文台（LIGO)的天文学家宣布他们第三次发现了引力波信号，本次探测到的引力波与第一次和第二次探测到的一样，引力波是由相互绕转的双黑洞发生合并后产生的，两个黑洞的质量分别为太阳的31.2倍和19.4倍，合并后单一黑洞的质量相当于太阳的49倍，两个黑洞在合并过程中损失的质量转换为引力波的能量辐射。LIGO项目的天文学家在2017年1月4日发现了来自宇宙深处的引力波信号，位于华盛顿州汉福德市与路易斯安那州利文斯顿市的两个引力波探测器先后探测到引力波信号，时间的间隔只有3毫秒。第一次发现的双黑洞合并事件发生在距离地球大约13亿光年的地方，第二次发现的双黑洞合并事件发生在距离地球大约14亿光年的地方，而第三次发现的双黑洞合并事件距离我们的地球更远，达到了30亿光年。

  就像LIGO国际合作团队用三次引力波发现的实验成果开启了引力波物理学和引力波天文学的时代一样，他们还会用更多次的实验来检验引力波理论预测的正确性，潘建伟团队用量卫星的实验成果将量纠缠现象发生的距离扩大到1200公里，他们还会用更多次的实验来检验量纠缠理论的正确性。仅凭国内外现有的量纠缠实验成果还不能断定一个“纠缠波天文学”时代的来临，天文学家期待的尺度通常在太阳系、银河系和河外星系的范围，如果量物理学家能够在太阳系、银河系和河外星系的尺度上验证量纠缠原理的有效性，那么量纠缠物理学对天文学的意义是不言而喻的，在尺度和在大尺度发生的量纠缠符合“等效原理”的描述吗？量物理学家证明了在尺度上量纠缠作用的有效性，量天文学家、或量宇宙学家如何证明在大尺度上量纠缠作用的有效性？就像潘建伟团队从卫星上将一对对纠缠光中的一个发送到地面的一个接收站，而将另一个发送到地面的另一个接收站一样，我们可以设想一种“天空实验”的场景：河外星系的某颗恒星将一对对纠缠态光的一个发送到我们的地球，而将另一个发送到河外星系的“第二个地球”，根据量信息隐形态传输的原理，在我们的地球和河外星系的“第二个地球”之间能够建立瞬时通信的络，哪怕“第二个地球”距离我们有几十亿光年的距离，我们因此不必等待几十亿年的时间，可以瞬间接收“第二个地球”的信息。

  从地球和“第二个地球”之间建立即刻通信的“思想实验”出发，本作者有必要引进“星际量通信”、或“星际间量通信”的概念，这是一种星际间的“非定域”、“非现实性”、“隐形态”、“超时空”、“非经典”的量力学定义的信息交换，量态的信息传输速度远远超过了电磁波和引力波，“轻轻松松”地超越了光速。就像“孙悟空的筋斗”一样，一会儿从银河系“东边”的云端消失，一会儿从银河系“西边”的云端出现。量纠缠天文学应当建立在“星际量信息传递”的基础上，就目前量纠缠实验的成果而言，星际间量信息的“瞬间”传递还是一种概念性的设想，但是，在地面上建立量通信的全球络正在从设想变成现实，潘建伟团队取得的一个又一个的突破不仅有基础理论的意义，而且具有广泛的应用价值，中国已经在量通信领域走在了世界的前列，这在中国近代科学技术史上是从未发生过的事情，潘建伟团队完成了“不可能完成的挑战”。如果能够建立星际间的量信息联系，那么天文学观测和研究星空的手段可能会发生意想不到的改观。拿LIGO团队第三次发现引力波的事例来，引力波的波源远在30亿光年以外的地方，换句话，物理学家和天文学家需要等待30亿年的时间，才能等到“此刻”发生的下一个引力波事件的到来，如何能够知道“此刻”在距离地球30亿光年的地方发生的引力波？如何能够看到“此刻”在距离地球30亿光年的地方两颗绕转黑洞的“轮廓”？能不能通过宇宙尺度的量纠缠信息提前、或者“即刻”发现“精彩别样”的天文事件、就像引力波一类的天文事件？我们现在不知道问题的答案，但是，如果尝试在星际空间去发现“量信息传递”的事实那么这也许能够为我们找到其中的答案。

  （邓如山2017-6-21邮箱：deepmind_123@163.）

  （LookingforwardtotheQuaaofphysidastronomy）

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